Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Áp dụng phương pháp huỳnh quang tia X để phân tích một vài nguyên tố gây ô nhiễm môi trường có trong bụi khí thải của xe gắn máy

Luận văn tốt nghiệp Phần mở đầuPHAN MỞ ĐẦU H:” nay bén cạnh các phương pháp phần tích hóa học quen thuộc nhằm xác dịnh thành phẩn và hàm lượng của các nguyên tố có trong mẫu phân tích cò

Giảng viên chính TẠ HƯNG QUÝ Thạc sỹ TRẤN PHONG ĐŨNG

TẠ THỊ MINH TUYẾNNiên khóa 1996-2000

Cam ơn ba me da cham sóe va nuôi con an foe đến ý

ngay hom nay b

Em xin chân thank edm ơn:

v* Ban giám higu trường Dai hoa Su Pham va ban chi nhigm khoa eng toàn thé thay cố trong Khoa

Vat Ly da truyén thy Kiến thite cho em trong bon năm 4 i hoe qua.

Ding da tận tink hudng dẫn em trong sudt thời gian lam luận

van,

Xx Cas ank ahi lam giệa tại Phang Phan Tick Trung

Tam ela tường Pai họa Khoa Hoe Cụ Nhien.

* áa anh cht Lam olga tai Vien Ky Thuat Nhigt Doi

va Bao Ve Mot Truong.

We Tat od cde ban da dong vien va déng gdp ede ¥ Kiến quú Páu quái Tuyen hodn thank Luan van.

| Trường Dai-!io<7Sir sạn |IP HTT ụ

——Ì

Luận văn tốt nghiệp Mục lục

MỤC LỤC

cs LÍ] t›

Trang

LỜI CẢM ƠN

PHAN MỜ HẦU -eu)ácsittiieisii621keg410:04iÁk46c8560x681368533400058031044658386460đ6 ‘ui

PHAN I: TONG QUAN LY THUYET

CHUONG Fi OG GU VATE CUA: TIA X«.Ÿ-.Ẳvi-d*»iisneieeeseee==<e 4

WSS he mre GIÊN (G4666 1660960000000 2002 (S2) Cu „4 1.2 Bức xạ tia X S2 VỀ CG SE CHECKÓECT Z DDN GA TU DYOVN ĐÓ QOƯỆN CAN DAI V QGDOÔNDO,pỤDBODOOINROC 5

CHƯƠNG II: TƯƠNG TAC CUA TIA X VỚI VAT CHẤT 9

I1, HỆ số HH BÌẾNH G1666 scien sat ssi wai 10

IS: Qua er d nan tấn No G6001 62a ll

ii 1s

11.4 Hiệu ứng quang điện c ss+seececsseeesee 16

IS: Chế Ua heal (ải tạ net 0252000002206 c02/22ả0-3460ả-g6046 —¬

II 6.Cương độ huỳnh quang thứ cấp so csesssseiirisseriie 20

CHƯƠNG III; CÁC PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH - < <2 25

IIL.1.Phương pháp phân tích định tính - “Ha 25

1H.2 Phương pháp phân tích định lượng -« -‹ 7<<-<-s«e+ 26

PHAN II: THUC NGHIỆM

CHUONG IV: HỆ THONG PHAN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X 37

IV.1 Những khái niệm của hệ MA: phán tích huỳnh quang tia X 37

IV.2 Nguyên lý hoạt động ŸẰẰỶẰẰẰieiissessesssrssossoe SO

CHƯƠNG V: CHUAN BỊ MẪU 5 -sessesrsesressreseeuss 40

V.1 Các dạng mẫu dùng để phân tích s sse5seee=sssseeeesssee 40

V.2 Các loại mẫu và phương pháp chuẩn bị mẫu ss -5<+ 41

Y4 LS điền Biểu phê Hư uc ca ciaŸ ng 8

CHƯƠNG VỊ: KU LÝ PHỔ No n66900090010i0990969030999L 50

YX, Kỹ thiaặt lúa di | en See eae ae me 51

VEZ: Kỹ thuật làm khếp phế -KƑ;ỸŸ iecnstoesentcosmvessiemeensigsvenanctsvtumanbons s2

CHRRA%GYILYTRUENSHUA series sọ

VH.1 Chuẩn bị mẫu cho thực nghiệm - 5< Sss2seArereraeeersr 59

VII.2 Phương pháp phân tich csssssserssesssssenssesssersnesesssrenssrssnaneeneneenenennsnes 62

VIL3, Et et niên tft coccinea

KẾT LUẬN CHUNG KH —.—- mans sau

PHỤ LỤC

Tài liệu tham khảo

Số liệu tham khảo

Phổ huỳnh quang đặc trưng của các mẫu.

SVT Ee GE ARG Pee See

Luận văn tốt nghiệp Phần mở đầu

PHAN MỞ ĐẦU

H:” nay bén cạnh các phương pháp phần tích hóa học quen thuộc nhằm xác dịnh

thành phẩn và hàm lượng của các nguyên tố có trong mẫu phân tích còn có các

phương pháp vật lý để phân tích định tính và định lượng các nguyên tố đã ngày càng

phát triển mạnh vì có các ưu điểm:

Phin tích nhanh

Không phú hủy mẫu

Đô chính xác củo

~ Kinh tế cao

Trong đó, đặc biệt là phương pháp phân tích bằng huỳnh quang tỉa X là một trong

những phương pháp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,tranh ảnh, khảo cổ học

Trong để tài này, tôi ấp dụng phương pháp huỳnh quang tia X để khảo sát bụi khí

thải của xe gắn máy

Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay, vấn để ô nhiễm môi trường đang được hầu hết mọi người trên thế giới

quan tâm vì không những nó ảnh hưởng đến cuộc sống hiện tại của con người, sinh

vật mà nó còn để lại những hậu quả nguy hiểm trong tương lai Có rất nhiều nguyênnhân gây ô nhiễm môi trường Nếu chỉ xét môi trường không khí tại các khu đân cư thìhiện tượng ô nhiễm không khí do khí thải của các phương tiện giao thông vận tải

chiếm tỉ lệ lớn (80%)

Tại các nước phát triển, xe ô tô chiếm tỉ lệ lớn nên vấn để đưa ra là khảo sát khí

thải của xe ô tô Còn ở Việt Nam, lượng xe máy đang ngày càng tăng và chủng loạicũng khác nhau, do đó lượng chất thải độc hại ma nó thải ra nhiều làm ảnh hưởng đến

môi trường sống chung, đặc biệt là sức khỏe của con người Chính điều đó đã làm nảy

sinh việc phân tích chất thải của xe đưới dạng bụi

Mục đích nghiên cứu:

~ Xét tính khả thi của phương pháp mới (phương pháp huỳnh quang tia X )

~ Xác định hàm lượng của một vài nguyên tố (Ca,Pb,Fe.Zn,Cu) có trong bụi

khí mà ta thu được

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 1

Luận văn tốt nghiệp Phần mở đầu

Đối tượng nghiên cứu:

Bui khí thải của xe gắn máy thu được trên mẫu phân tích

Pham vi nghiên cứu:

Nghiên cứu hàm lượng bụi bám trên mẫu của một số xe gắn máy đời cũ và đời

mới (hoặc dựa trên số kilômet mà xe đã đi được )

Phương pháp nghiên cứu:

Ap dụng hiện tượng huỳnh quang tia X để nhận biết các nguyên tố có trong mẫu

1 Làm dụng cụ lấy mẫu để hứng bụi khí.

2 Thu các mẫu bụi khí từ các loại xe gắn máy

3 Dùng hệ máy huỳnh quang tia X để khảo sát hàm lượng các chất chứa

trong mẫu.

4 Ứng dụng thống kê toán học và phần mềm AXIL để xử lý số liệu.

5 Đánh giá kết quả thu được

L.uận van tốt nghiệp Phần mở đầu

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VIỆC PHÂN TÍCH BỨC XẠ

HUỲNH QUANG TIA X

Phung pháp này da phát triển kha lầu trong ngành vật lý hạt nhãn và đóng vàn Iie) quan tran trong việc phân tích cae nguyên i Từ cuối thập niên 60, với những

may phố kế dùng hước xóng tán sắc được phân tích bởi nhiều xạ Bragg từ tỉnh thể đơn

và các phổ kế năng lượng tán sắc cùng với các Detector bán dẫn Si(Li) thì việc áp

đụng phương phap phản tích huỳnh quang tia X mới dược sử dụng rộng rãi.

Ngày nay phương phap phân tích huỳnh quang ta X là một torng những phương

pháp phổ biển nhất áp dung cho việc phân tích dinh tính và định lượng các nguyên tố

trong vật liệu một trường sinh hoe,

Tuy van còn ton tại vài khuyết điểm nhưng phương pháp này dang được nghiên

cứu Ue đưa vào xứ dụng rong rãi nhằm phát huy các ưu điểm của nó

CƠ SỞ CỦA VIỆC PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

Được chia ra làm bốn giai đoạn:

1 Kích thích mẫu phát ra bức xạ đặc trưng bằng cách dùng chùm photon

hoặc các hạt mang điện bắn phá mẫu

2 Chọn lựa một vạch đặc trưng của mẫu để phân tích

4 Đo cường độ vạch đặc trưng.

4 Từ cường độ vạch đặc trưng này suy ra hàm lượng nguyên tố có trong

mẫu bằng cách dùng các phương pháp xử lý thích hợp

SVTH: “Tạ ‘Thi Minh Tuyén Trang 3

PHAN I

TONG QUAN LY THUYET

> Cơ sở vật lý của tia X

> Tương tác của tia X với vật chất

> Phương pháp phân tích định lượng

Luận văn tốt nghiệp Phần I: Tổng quan lý thuyết

PHAN I

TONG QUAN LY THUYET

> Cơ sở vật ly của tia X

> Tương tác của tỉa X với vật chất

> Phương pháp phân tích định tính

> Phương pháp phân tích định lượng

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén

Luận văn tốt nghiệp Chương I: Cơ sở vật lý của tia X

CHUONG |

CƠ SỞ VAT LÝ CUA TIA X

oo ^^, Ù;

Bức xạ điện từ là một dạng năng lượng được truyền đi trong không gian và có thể

tương tác với các nguyên tử hoặc phân tử để biến đổi trạng thái nang lượng của chúng.

Bản chất của bức xạ diện từ được giải thích bằng việc kết hợp hai lý thuyết:

1.1.1 Thuyét sóng:

M6 tả tinh chất sóng của bức xa điện từ biểu hiện thông qua các hiện tượng khúc

xa, phản xạ, nhiễu xa, tán xạ Trong đó bức xạ điện từ được biết đến như một dạng nang lượng có được từ việc hợp nhất hai sóng trực giao có cùng tần số và bước sóng: một là điện trường dao động, hai là từ trường dao động Từ đó xuất hiện thuật ngữ: bức

xạ điện từ.

Cũng theo thuyết này cho rằng tích số của tần số và bước sóng của bức xạ tương

đương với vận tốc truyền sóng thông qua phương trình:

Luận văn tốt nghiệp Chương I: Cơ sở vật lý của tia X

Công thức (1.4) thể hiện mối quan hệ giữa năng lương của lượng tử photon với

hước sóng của bie xạ điện từ tương ứng

I.2.BỨC XA TIA X:

Tia X cũng là một bức xạ điện từ có bước sóng rất ngẩn, trong khoảng từ OA

đến |UUÁ và được chia làm hai loại:

~_ Tia X cing: bước sóng từ 0,1Á đến 14

Tia X mềm: bước song từ LA đến HUOA Bức xu tia X dược phát sinh từ sự nhiều loan các qui đạo electron trong nguyên

tứ Điều này có thể dat due bằng nhiều cach: ding các clcctron có năng lượng cao, tia

X tia gamma hoặc các hat mang điện được gia tốc để bắn phá các nguyên tố bia Từ

đó tạ thu được phố tia X báo gồm hai phấn

Bie xạ liên tục (còn gọi là bức xa hãm!

Bite xạ đặc trưng.

I.2.1.Bức xa liên tục:

Bức xa ta X là kết quả của sự giảm tốc khi các electron năng lượng cao đập vào

bia Các electron xem nguyên tố bia như là một hệ thống phân bố của các electron qui

đạo liên kết chật hoặc yếu và một phần động năng của nó sẽ biến thành bức xạ.

Tính liên tục của bức xạ được hiểu theo quan điểm của thuyết điện từ: khi

electron nang lượng cao bị giảm đột ngột sẽ tạo ra quanh nó một điện trường lan

truyền trong không gian theo thời gian tạo nên phổ liên tục.

a> Giải thích sự hình tha nh của phổ liên tục:

- Theo quan điểm điện động lực học: phổ liên tục có thể xuất hiện trong quá

trình hãm từng điện tử riêng biệt Việc tăng số lượng các điện tử không làm

thay đổi quy luật phân bố cường độ phổ liên tục mà chỉ tăng cường độ của tất

ca các phần tử của phổ liên tục.

~ Theo khái niệm lượng từ: phổ liên tục bao gồm bức xạ một tập hợp các điện

tử bị hãm, mỗi điện tử sẽ phát ra một vài lượng tử trong quá trình hãm Phổ

liên tục bị hạn chế bởi một bước sóng cực tiểu Ag.

b> Sự phụ thuộc của cườn g độ phổ liên tục vào các yếu tố:

Điện áp trên ống phát tia X:

~ Khi tăng điện áp thì Ay va À„ đều dịch vé phía bước sóng ngắn hơn.

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 5

Luận văn tốt nghiệp Chương I: Cơ sở vật lý của tia X

~ Sự phụ thuộc của 2„Ä) vào U(kV):

12.41 12.37

Dong điện:

~ Khi tăng đòng điện chạy qua ống phát Rơnghen: số lượng các điện tử bị hãm

trên anot tăng => cường độ bức xa của ống tăng lên.

- Cường độ phổ liên tục ứng với bước sóng tỉ lệ bậc nhất với dòng điện i

Vat liêu làm anot:

~ Cường độ ứng với một bước sóng nhất định tăng với nguyên tử số của anot.

Để cường độ phổ liên tục lớn thì sử dung các anot có nguyên tử số lớn

Hiệu suất kích thích phổ liên tục:

hề Công suất toàn phần của bức xạ phổ liên tục ‘4

Công suất của dòng điện qua ống phát i0)

W, _kU’Zz

=—L ==== =kUZ

Ww ¡U (1.7)

Cường độ bức xạ phát ra phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Xác suất để clectron đập vào tương tác với electron qui đạo của nguyên tố

bia sẽ tăng theo bậc số nguyên tử Z của nguyên tố Do vậy cường độ của bức

xa liên tục sẽ tăng theo bậc số nguyên tử Z của nguyên tố bia

- Khả năng để các electron đập vào, tương tác với các electron liên kết chat

trong bia sẽ tăng theo động năng của electron bin phá Động năng củaclectron tới sẽ tăng cùng với sự tăng của thế gia tốc nên cường độ tích phâncủa bức xạ sẽ tăng theo thế gia tốc electron Từ đó ta có:

1, = K;.Z(A/Amin - DA? (1.8)

Tier = (1,4x10)1ZV? (1.9)

Phương trình (1.8) và (1.9) chỉ là các phương trình gan đúng vì chưa tính đến sự

hấp thụ tia X của chất liệu bia hoặc chất liệu làm cửa sổ trong ống tia X và detector.

12 cx ct

Không phải mọi tương tác của electron tới va electron qui đạo của nguyên tố bia

đều gây ra sự nhiễu loan qui dao electron trong nguyên tử của nguyên tố bia Sự nhiễu

loạn này bất nguồn từ sự kiện một số tương tác có khả năng làm bật một vài clectron

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 6

Luận văn tốt nphiệp Chương I: Cơ sở vật lý của tia X

ra khỏi nguyên tứ để lại trên qui đạo của nó các lỗ trống Khi đó nguyên tử ở trạngthái không bén, trạng thái này sẽ nhanh chóng mắt di khí các electron ở các qũi đạo

bén ngoài (nang lượng lớn hơn) di chuyển vẻ lấp day các lỗ trống Sự dịch chuyển của

cúc clecưon từ mức năng lượng cao vẻ lấp đẩy các lỗ trống ở mức năng lượng thấp

hein thường kèm thee xự phát các bức xạ có tắn xế v (hoặc hước sóng A) dưới dạngphổ đặc trưng

Giải thích:

Khi tang điện ap cúc electron nim ở lới trong có mức năng lượng thấp bị bứt ra

khỏi vị trí tạo thành một lỗ trống Khi đó các clectron ở lớp ngoài dịch chuyển vào thế chỗ theo nguyên lý cực tiểu năng lượng Sự dịch chuyển của các electron từ mức năng

lượng cao vẻ mức nàng lượng thấp hơn thường kèm theo sự phát các bức xạ có tắn số v

(hoặc bước sóng A) được tính theo hệ thức Einstein:

he

E; - E, =hv=—* (1.10)

Sự phụ thuộc của phổ đặc trưng:

Phụ thuộc vào sự phan bố nang lượng của các clcctron quỹ đạo trong nguyên tử

của nguyền tố bia tức là phụ thuộc hoàn toàn vào vật liệu làm anot Sự phụ thuộc này

được thể hiện qua biểu thức liên hệ giữa tắn số (bước sóng) của vạch đặc trưng và bậc

số 2 của nguyên tố được Moseley tìm ra năm 1913:

Luận văn tốt nghiệp Chương I: Cơ sở vật lý của tia X

Phổ của bức xa đặc trưng là những vạch dic trưng phat ra dọc theo phổ liên tục

của bức xu liẻn tục,

Tuy nhiên nếu sự chuyển mức của clcctron xảy ra đối với các qui đạo ở bên

ngoài thì năng lượng của bức xạ phát ra là thấp (do độ chênh lệch năng lượng giữa các

mức nhỏ) và khi đó phổ của bức xạ đặc trưng sẽ nằm trong vùng khả kiến và tử ngoại

được gọi là phổ quang học Việc phân tích phổ này rất phức tạp vì tại đó xảy ra sự

chồng chập của các vạch Khi các electron chuyển mức về lấp đẩy các lỗ trống ở các

lớp K, L, M thì sẽ xuất hiện các bức xa đặc trưng với năng lượng lớn và tạo thành phổ tia X Như vậy phổ tía X chính là phổ nguyên tử vì nó mang tính đơn trị và đặc trưng

cho từng nguyên tổ,

SVTH: Ta Thi Minh Tuyến Trang 8

Luận văn tốt nghiệp Chương II: Tương tac của tia X với vật chất

CHƯƠNG II

TƯƠNG TÁC CỦA TIA X VỚI VẬT CHẤT

‘Tong quit:

Khi truyền qua bất kì chất nào, một số photon sé tương tác với hệ nguyén wf của

một trường vật chất , kết quả là cường đỏ của chùm tia bị suy giảm Sự suy giảm này

phụ thuộc vào bẻ dày của lớp hấp thụ bản chất của chúng và bước sóng của tia

Tia X bi mất năng lượng do hai quá trình sau:

- Tan xạ: thay đổi phương lan truyền của tia Rơngen.

- Hấp thụ: quá trình chuyển năng lương các photon Rơngen thành các dạng

Sự suy giảm tia X

Sơ 46 khối quá trình tương tác của tia X với vật chất

Luận văn tốt nghiệp Chương Il: Tương tác của tia X với vật chất

Quy luật:

Sự suy giảm cường độ tia Rơngen trong môi trường vật chất được xây dựng với

giả thiết rằng phẩn năng lượng tia Rơngen bị hấp thụ khi lan truyền qua một lớp vật

chất đủ mong tỷ lệ với độ dày của lớp đó

Hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số suy giảm, nó phụ thuộc:

~ Nguyên tử số Z của vật chất.

- Bước sóng A của chùm tia chiếu tới.

Thiết lập quy luật:

Cho một chùm bức xạ đơn sắc với bước sóng A và cường độ ly truyén qua một lớp

vật chất có độ dày d

Xét một lớp đủ mỏng có bé day dx bên trong chất đó.

Cường độ suy giảm tương đối của cường độ chùm tia trong lớp đang xét tuân theo

định luật Lambert:

dl

IS “pdx (2.1)

trong đó

| : cường độ trên biên của lớp đang xét

dấu "-" : cường độ xuyên qua lớp vật chất dx bị giảm

ụ : hệ số suy giảm tuyến tính hay hệ số hấp thụ có thứ nguyên [u] = cm"

di _ (.

= J ;* J pdx

© I(E) = IE) exp [-u(E)x] (2.2)

u(E) = t(E) + Ou E) + Onan(E) (2.3)

trong đó

t(E) : hệ số hấp thụ khối quang điện

Ø,u(E) : hệ số tấn xạkhối kết hợp Oyy(E) : hệ số tán xạ khối không kết hợp

t(E) là hàm phụ thuộc vào năng lượng photon tới và hàm này bị gián đoạn khi

năng lượng tới bé hơn nang lượng liền kết ®.

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 10

Luận văn tốt nghiệp Chương Il: Tương tac của tia X với vật chất

Đặc trưng cho độ giảm cường độ tia Rơngen trong một đơn vị khốt lượng vật chất,

no không phí thuộc vào trang thái vật lý của vật chất.

Ví dụ: nước ở thể rắn, thể lỏng thé hơi đều có cùng | giá trị tạ

Khi vật liệu bao gồm hỗn hợp nhiều nguyên tố, hệ số hấp thụ khối tổng hợp là:

}(E) = Siwy BE) (2.5)

với ụ, là hệ số hấp thụ của nguyên tố j

w, là nổng độ ( Dw, =l )

1

Khi tia X đến đập vào đám mây electron của vỏ nguyên tử của nguyên tố, nó sẽ

tương tác với các electron và bị tán xạ, nghĩa là lệch ra khỏi hướng đi ban đầu

Quá trình tán xạ xảy ra chủ yếu trên các electron liên kết yếu ở các tang ngoài

của vỏ nguyên tử.

Các tia X tán xạ từ mẫu là nguồn gốc chính của phông trong phổ tia X.

Tán xa của tia X xảy ra theo hai kiểu:

~ Tan xạ kết hợp

~ Tan xạ không kết hợp

1.2 Tan xa kết hợp:

Theo quan điểm của thuyết cổ điển: các tia Rơngen gây ra sự dao động cưỡng bức

của các điện tử trong nguyên tử của vật thể tán xạ , những điện tử đó trở thành các

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 11

Luận văn tốt nghiệp Chương I: Tương tác của tia X với vật chất

tâm phát các tia tin xạ thứ cấp có cùng bước sóng với các tia sơ cấp Khi đó nănglượng của photon tắn xạ và photon tới bằng nhau Do đường đi của tia X bị lệch nên có

sự đóng góp biểu kiến vào hệ số suy giảm khối.

a> Xác định hệ số tan xa:

Theo thuyết điện động lực học cổ điển: năng lượng toàn phần do một điện tử tán

xạ theo mọi phương là:

Giả thiết rằng các điện tử trong nguyên tử tán xạ độc lập nhau thì có thể coi tán

xa của một nguyên tử bằng tổng tấn xạ của các điện tử trong nguyên tử.

Hệ số tán xạ của nguyên tử :

8x cÍ

Ơ,= Zo, = Z+ ate (2.8)

với Z là số điện tử trong một nguyên tử.

Nếu trong Icm? vật thể tan xạ chứa n nguyên tử thì hệ số tán xạ tuyến tính là:

8x ef

o=no,=nZ ee (2.9)

Hệ số tan xa khối lượng :

Gn= = =0/Z2n (2.10)

Nhu vậy theo thuyết cổ điển thi hệ số tán xạ khối lượng không phụ thuộc vào

bước sóng của tia sơ cấp và cũng không phụ thuộc vào bản chất của vật thể tán xạ Tuy

nhiên thực nghiệm cho thấy hệ số tán xạ khối lượng phụ thuộc vào nguyên tử số Z

nhưng ít.

SVTH: Ta ‘Thi Mink Tuyen Trang 12

Luận văn tốt nghiệp Chương II: Tương tác của tia X với vật chất

Doi với cúc hợp chất hóa học:

Bx oN EZ

SaTM

-trong đó EZ: dng các nguyên tử xố của cúc nguyên tố tham gia hợp chất

M_ :khối lương phân tử của hơp chất

b> Hiên dé tan xa toàn ph an

Goi fla biên độ tin xa kết hợp của một electron liên kết

_ biển đỗ tán xạ toàn hắn lên một electron liên kết 3 [3

Lên biến đồ tin xa lén một clcctron tư do ety

Khi đám may electron có dang đổi xứng cầu thì:

(điều kiện = — 0 có được khi góc tán xa nhỏ hay À lớn).

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 13

Luận văn tốt nghiệp Chương HH: Tương tác của tia X với vật chất

11.2.2, Tan xạ không kết hợp:

Trong trường hợp bước sóng của ta Rungen ngắn (A<0,3Ả), tán xạ trên mẫu bao

com nhiều nguyên tổ có nguyên tử số nho Trong trường hợp dé, khi giảm bước sóngthi hệ số tán xa giẩm theo và xuất hiện Ga tán xạ với bước sóng lớn Điều này không

thé giải thích dược bằng lý thuyết cổ điển ma chỉ có thể giải thích bằng thuyết lượng tử

Theo lý thuyết laong tế : thà tới đước cõi Ta pom các lượng tử với năng lượng hy,

lan truyền theo phương tia sở cap với vận tốc ánh sang c

Giá thiết các định luật bảo toàn nang lượng và xung lượng có thể áp dụng được

cho quá trình này Sau va cham điện tử nhận được một vận tốc làm với phương tia sơ

cấp một góc V, điện tử đó gọi là điện tử giật lai, Kết quả của sự va chạm là làm xuất

hiện một lượng tử mới có phương lệch với phương của lượng tử sơ cấp một góc @ , tức

là đã xuất hiện một lượng tử tán xạ với bước sóng tang lên.

Tán xạ không kết hợp chủ yếu quan sát thấy khi chùm tỉa sóng ngắn lan truyền qua các vật thể chứa các nguyên tử nhẹ Khi nguyên tử số Z tăng thì độ bển vững của

mối liên kết giữa các điện tử với hạt nhân cũng tăng và do đó phan năng lượng chùm

ta tán xạ không kết hợp sẽ giảm đi

Đối với các tán xạ không kết hợp do không có các giao thoa nên cường độ tán xạ

lên nguyên tử bằng tổng các cường độ tán xạ lên từng electron riêng lẻ:

z z

1 = DUl-(f.)'1 =| Z- 3Œ” |k (2.17)

al nel

Nhân xét:

- nếu chọn góc tán xạ lớn, ảnh hưởng của tán xạ kết hợp có thể bỏ qua

- đối với các nguyên tố năng (Z lớn), ảnh hưởng của tán xạ không kết hợp là nhỏ

- do có sự hấp thụ các hức xạ tán xa ngay trong mẫu nên đối với những mẫu có Z

lớn thì tán xa toàn phan được coi là nhỏ => phông thấp; còn với mẫu có Z nhỏ, tán xạ toàn

phan lớn => phòng cao

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 14

Luận văn tốt nghiệp Chương H: Tương tác của tia X với vật chất

+ Ì ~“ \

Khi có một chùm tia X truyền qua một lớp vật chất có bể dày d thì cường độ của

nó giảm tuân theo quy luật :

I=Ue"” (2.18)

trong đó lụ, 11a cường độ chùm tia X trước và sau khi xuyên qua môi trường vật chất.

Quá trình hấp thụ nguyên tử gắn liền với quá trình bức xạ các điện tử từ cácnguyen tử của chất hấp thụ và cung cấp đông nang cho chúng

‘ , t

Sự hấp thu nguyên tử được đặc trưng bởi hệ số tuyến tính t hoặc hệ số khối tm=5 Quá trình hấp thụ không phụ thuộc vào cách liên kết các nguyên tử mà chỉ phụ thuộc vào tinh chất riêng của nguyên tố (bậc số Z),

LI.3.1.Canh hấp thụ:

Năng lượng cạnh hấp thụ : là năng lượng cực tiểu có thể đánh bật một electron từ

một quỹ đạo trong nguyên tử ra ngoài.

Do nguyên tử có nhiều phân lớp nên có nhiều cạnh hấp thụ và các cạnh hấp thụ

này đặc trưng cho từng nguyên tố

Trong cùng một nguyên tử, năng lượng cạnh hấp thụ tuân theo quy luật:

Đối với một chùm photon năng lượng E cho trước , khi chiếu vào mẫu thì có các

trường hợp sau xảy ra:

- E<K„ : các electron ở lớp K không bị đánh bật ra do đó không xuất hiện

cạnh đặc trưng K trên phổ.

- ExKy„ : clccưon lớp K bị đánh bật ra, hệ số suy giảm tăng đột ngột, xảy

ra hiện tượng quang điện và trên phổ xuất hiện vạch K đặc trưng.

~ E >> Ky, : năng lượng photon lớn, có kha nang vượt qua bia mà không bị hấp thụ.

Hiệu suất quang điện thấp do đó trên phổ không xuất hiện các vạch đặc trưng.

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 15

Luận văn tốt nghiệ Chương I: Tương tác của tia X với vật chấtKgimẹp

1I.4.HIỆU UNG QUANG DIEN :

Định nghĩa:

Hiệu ting làm bật điện từ ra khói bê mat kim loại dưới tác dụng của ánh sáng được

gel lạ Inéa ting quang điện

Theo Plank hiệu ứng quang điện là kết quả trao đổi năng lượng khi và chạm giữa

photon ánh sang va điện tử,

if đó Lanstem đã đưa ra phương trình

hv _ Wu + Ws,

hay Wy, = hv - Wy, 2.20)

trong dó h hang số Plank

v ;tân xố ánh sáng

Wụ — :thế nang

Wu, — : động năng

Phương trình (2.20) chứng tỏ động nâng của điện tử tang tuyến tinh theo tấn số

ảnh sáng mà không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng Số điện tử được giải phóng tỷ lệ

với số photon , nghĩa là tỷ lệ với cường độ ánh sang.

Trong hiệu ứng quang điện có sự hấp thụ toàn bộ năng lượng của hạt photon tới

đập vào electron liên kết Tuy nhiên hiệu ứng này chỉ xảy ra khi năng lượng của chùm tia tới lớn hơn năng lượng liên kết ® của electron trong nguyên tử của nguyên tố bia.

Khi đó photon sẽ biến mất và năng lượng của nó được truyền cho electron liên kết để

clectron bứt ra khỏi tang của nó với năng lượng E- và để lại trên qui đạo lỗ trống còn

clectron bứt ra được gọi là quang electron Chính hiện tượng này mô tả trạng thái

không bến của nguyên tử , nhưng chỉ sau một thời gian rất ngắn các electron ở tầng

ngoài, có năng lượng liên kết thấp hơn sẽ dịch chuyển về lấp đầy lỗ trống làm phát ra

tia X đặc trưng có năng lượng bằng hiệu năng lượng liên kết giữa hai tầng.

Quá trình chuyển năng lượng này thường xảy ra tại các lớp điện tử trong cùng

Luận văn tốt nghiệp Chương Il: Tương tác của tia X với vật chất

Điểm nổi bật của hiệu ứng quang điện là nó không thể xảy ra đối với các

clectron tư do không liên quan gì đến nguyên từ Điều này được suy ra từ định luật

bảo toàn nắng lượng và xung lượng :

E=T+® hay hv=T+® (2.21)

PQ=P,

trong đó T : động nang của electron

®: năng lượng liên kết của electron

Giả sử hiệu ứng quang điện xảy r avới các clectron tự do thì khi đó ® = 0 Ta có:

2

hv= ` (2.22)

mà P,=— =m¿v

=> v= ?c ; điều này không thể xảy ra

Như vậy hiệu ứng quang điện hầu như không xảy ra đối với các electron có liên kết

yếu nhất là các electron có năng lượng nhỏ hơn nhiều so với năng lượng của tia X tới.

Hiệu ứng quang điện xảy ra thường đi kèm với:

- Quá trình phát electron Auger.

~ Hiệu suất huỳnh quang.

Quá trình phát electron Auger:

Khi năng lượng bức xa tia X đặc trưng phát ra có giá trị gần năng lượng cạnh hấp thu của electron lớp ngoài thì bức xạ đặc trưng này sẽ bi electron đó hấp thụ Sau khi

hấp thu năng lượng của bức xạ đặc trưng, electron này lai bit ra khỏi nguyên tử, được

gọi là electron Auger Do đó hiệu ứng này sé làm giảm cường độ của bức xạ đặc trưng

và thường xảy ra với nguyền tố nhẹ

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 17

Luận văn tốt nghiệp Chương I1: Tương tác của tia X với vật chất

(a) : trước khi tương tac xảy ra

(b) : quá trình tương tác ; photon bị hấp thụ bởi một electron ting K; electron bin

ra khỏi nguyên tử

(c) : lỗ trống tầng K bị lấp đẩy bởi electron tầng L, tia X phát ra

(d) : hiệu ứng Auger xảy ra

Hiệu suất huỳnh quang :

Định nghĩa:

Hiệu suất huỳnh quang là xác suất để một tia X đặc trưng được phát ra khi một lỗ

trống được lấp day và nó được tinh bằng ti xổgiữa tổng số các tia X được phát ra trên

tổng số các lỗ trống được tạo thành trong cùng một thời gian tại một lớp nào đó

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 18

Luận văn tốt nghiệp Chương II: Tương tác của tia X với vật chất

Ví du:

Công thức tính hiệu suất huỳnh quang tại lớp K

3 (nx} Ñ ã=— (lke + FKa+ +f; + ) 2,

Nx Ni Kal * lke KBI (2.23)

Hiệu suất huỳnh quang là khác nhau đối với từng nguyên tố và từng phân lớp.

Đối với các nguyên tử có số khối trung bình và thấp , năng lượng liên kết giữa

cúc electron tương đối thấp nên hiệu suất huỳnh quang tương đối thấp Hiệu suất

huỳnh quang sẽ dat giá trị lớn nhất khi năng lượng tia X kích thích vừa lớn hơn năng

lượng liên kết của clectron trong nguyén tử

ILS.QUA TRÌNH PHAT XA;

Quá trình phát xạ tia X xảy ra khi có lỗ trống được hình thành trong các qui đạo

bên trong, do hiệu ứng quang điện , phục hồi về trạng thái cơ bản Trong quá trình này electron chỉ chuyển đời trong nội bộ để lấp đẩy lỗ trống nên không có vạch đặc trưng

nào từ mẫu phát ra có năng lượng lớn hơn năng lượng cạnh hấp thụ ứng với dãy đó Vìvậy khi chùm tia X tới có năng lượng lớn hơn năng lượng cạnh hấp thụ của dãy nào thì tất

cả các cạnh đặc trưng của dãy đó đều xuất hiện trên phổ.

Tuy nhiên không phải cứ có lỗ trống là bất kì electron nào ở lớp ngoài đều có thể

dịch chuyển đến lấp day lỗ trống mà sự dịch chuyển này phải tuân theo quy tắc lựa chọn

trong cơ học lượng tử là

Khi ở lớp K có xuất hiện lỗ trống thì electron ở ting ngoài sẽ dịch chuyển đến để

lấp đẩy kèm theo sự phát xa tia X đặc trưng tạo thành dãy K trong phổ tia X : Kai,

Luận văn tốt nghiệp Chương HH: Tương tác của tia X với vật chất

Tầng L có ba cạnh hấp thụ Lacy La Ía„ Ứng với các qui đạo 2S,+, 2Pia.

2P,, do đó để kích thích cả ba dãy vạch L thì nàng lượng photon phải lớn hơn E; „ ¿

Vach L được dùng để phân tích các nguyên tổ có bậc số nguyên tử Z>45 (Rh) khi

nguồn kích thích là nguồn đồng vị

Các vạch M:

Các vạch M khong thể quan xát được đối với cúc nguyên W có bắc số nguyên tử

Z<§7 do nang lượng dịch chuyển thấp năng lượng hấp thụ thấp nên nó ít dug sử dụng

trong phổ tia X mà thường dùng để phân tích các nguyên tế Th ,Pa, U để tránh sự giao

thou với cạnh L của những nguyên tố khác trong mẫu.

11.6, CUONG ĐỘ HUỲNH QUANG THỨ CAP:

Khi chiếu một chùm photon tới tương tác với mẫu làm bật các electron ra khỏi

nguyen tử, hình thành các lỗ trống trên lớp vỏ nguyên tử và làm cho nguyên tử ở trạng

thái kích thích Tuy nhiên trạng thái kích thích này nhanh chóng mất đi khi các

electron ở qui đạo bên ngoài dịch chuyển về lấp đầy lỗ ung kèm theo việc bức xạ huỳnh quang tia X đặc trưng Do cường độ tia X đặc trưng phát ra từ mẫu sẽ cho ta biết hàm lượng của nguyên tố đó trong mẫu.

x=T

Nguồn kích

Sơ đồ bố trí hình học cho việc kích thích mẫu

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 20

Luận văn tốt nghiệp Chương II: Tương tác của tia X với vật chất

Các ký hiệu dùng trong công thức cường đô huỳnh quang thứ cấp:

Ey : năng lượng nguồn kích

E, : năng lượng tia X đặc trưng cho nguyêntố i

u(E,) : hệ số hấp thụ khối ứng với năng lượng Ey

t(Ey) : hệ số hấp thụ quang điện của nguyên lố i ứng với năng

lượng Ea

tx,(Eo) : hệ số hấp thụ quang điện của nguyên tố ¡ ở tang K ứng với

năng lượng Ey,

Q, : xác suất huỳnh quang của nguyên tố i

®, : năng lượng cạnh hấp thụ tầng K của nguyên tố ¡

n(E¿) — : hiệu suất ghi vạch huỳnh quang năng lượng E,

Xét chùm tia X có năng lượng trong khoảng (Eu,Ea+dE¿) phát ra từ nguồn kích

thích (để đơn giản xem như là nguồn điểm) trong góc khối dQ; đập lên bể mặt của mẫu có bể dày x=T dưới góc khối yy.

S6 photon tới đập vào bể mat mẫu trong một giây là I,(Es)dE,d©, (2.25)

Khi đến mẫu , các photon này bắt đầu tương tác với mẫu Vì tia X đặc trưng là

kết quả của quá trình quang điện nên ta xét hiệu ứng quang điện xảy ra tại bể dày vi

phân dx , cách bể mặt mẫu một khoảng x |

Do trước khi đến được bề day dx, chùm photon tới đã bị hấp thụ một phần trên đoạn

) nên cường độ còn lại khi đập vào bề day dx là:

đường là x csCựA ( cscW¡ =

sinyl

1, = Io dEq dQ, exp|-u(E¿)px cscy)] (2.26)

Cường độ huỳnh quang tia X là :

lạ = 1, t(Ey) p dx cscy, (2.27)

Do trong mẫu có nhiều nguyên tố nên

t(Eo) = 3,W„t„(Eu) (2.28)

với W„ là hàm lượng của nguyên tố trong mẫu

Giả sử ta xét nguyên tố i thì cường độ huỳnh quang tia X của nguyên tố ¡

= ED) 1, = 1, W, t(Ea) p dx cscy, (2.29)

SVTH: Ta Thi Mink Tuyc Trang 21

Luận văn tốt nghiệp Chương Il: Tương tác của tỉa X với vật chất

Vì hau hết tưởng tác quang điện xảy ra ở lớp K nên ta xét cường đô ở tang K

ta) « ty (Eat

Mô hình suy diễn giá trị t,;(Eo)

Xét chùm tia tới có năng lượng Ep > Mx , ta có thể tính gần đúng giá trị tx/(Eo)

tÁEu) t,(®¿)

T(Eo) Teka) TT(Œy) 'K (2.32)

-l

Suy ra Tx\(Eo) * tu) < (2.33)

Trong quá trình phát ra huỳnh quang tia X còn kèm theo cả quá trình phát

electron Auger, đây là quá trình làm giảm cường độ của tia X đặc trưng Do đó cường

độ huỳnh quang thực chất được phát ra từ nguyên tố i trong bể dày dx là:

lạ = @gil¿ (2.34)

với (¡ là hiệu suất huỳnh quang tại lớp K của nguyên tố i

Nếu ta chỉ dùng một vạch trong nhóm K để phân tích và giả sử cường độ vạch

này chiếm một tỷ lệ f trong toàn bộ nhóm K thì cường độ tia X là:

L, = fl, (2.35)

SVTH: Ta Thi Minh Tuyển Trang 22

Luận văn tốt nghiệp Chương H1: Tương tác của tia X với vật chất

Cường dộ này được phát ra đối xứng theo tất cả các hướng ( bằng 4# trong góc

khối ) Như vậy cường độ huỳnh quang đi đến detector trong góc khối dQ; theo hướng

Trong thực té, nguồn kích thích không là nguồn điểm do đó trong khoảng năng

lượng (Eu.E,+dll¿) Do đó cường độ của một vạch phổ đặc trưng cho nguyên tố trong

mẫu là :

IE) = Q/G/1/W, f°" J'p expl-prinEnreseys + H(Eu)cscu;)JdxdEV,, (2.28)

wh

nui) n(E,) r„ - |

với Qy = Tel Eloi = _—— 7

Trường hợp nguồn kích là đơn nang thì:

1-exp{-pT [H(Eo)cscw¡ + w(E¡)cscw›]}

(E)EQuGoloM——— WEDEscvitH(EUSOW — —

Như vậy cường độ huỳnh quang I(E,) tỷ lệ với:

~ Hàm lượng w, của nguyên tố i trong mẫu

~ Hệ số hấp thụ quang điện của nguyên tố ¡:t/(Eo)

— Hệ số huỳnh quang tại lớp K của nguyên tố i: wx;

~ Hiệu suất ghi vạch huỳnh quang của nguyên tố: n(E,)

-(2.29)

Y

Nguồn kích đa năng:

Qik En) lo(Eo)

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 23

Luận văn tốt nghiệp Chương II: Tương tác của tỉa X với vật chất

Nguồn kích đơn năng:

L(E,) = QuGi Em xu(ncsen (2.31)

Luận vin tốt nghiệp Chương HH: Các phương phúp phân tích

CHUONG II

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

Phổ kế năng lượng tia X là công cụ khá tốt cho việc xác định định tính các

nguyên tố trong mẫu, kỹ thuật này có khả năng xác định định tinh các nguyên tế có Z

từ |1 đến cuối bang tuần hoàn ở cấp hàm lượng từ vài trăm nanogam trong kỹ thuật

mẫu mỏng, từ vài tram ppm trong mẫu dạng khối Mẫu dạng lỏng hoặc rắn có thể phân

tích trực tiếp với vài trường hợp chất khí được phân tích bằng bộ lọc hoặc bẫy hóa học.

Nguyên lý cơ bản của việc xác định các nguyên tố trong mẫu là dựa vào ning lượng và cường độ tướng đối của các vạch phổ K, L, M Trường hợp đơn nguyên tố,

định vị chúng theo năng lượng tương ứng với bản tra cứu năng lượng tia X Còn đối với

mẫu phức tạp, do các đỉnh sé phủ lên nhau nén cẩn chuẩn năng lượng chính xác và

quan tâm đến cường độ tương đối của chúng

Do vậy để phân tích định tính chính xác ta sử dụng bộ nguồn chuẩn có năng

lượng từ 3KeV đến 20KeV để chuẩn năng lượng hệ phổ kế Tùy theo hệ phổ kế mà đường chuẩn năng lượng theo kênh là tuyến tinh hay bậc hai theo kênh Trong quá

trình ghi nhận phổ tia X, vị trí kênh có thể bị trôi làm cho đường chuẩn năng lượng bị lệch đi do thời gian chết lớn (>50%) hoặc hệ điện tử không ổn định Để khắc phục

điểu này cẩn phải giảm khối lượng mẫu, đặt nguồn xa mẫu hoặc kiểm tra hệ thống

điện tử như cable tín hiệu, dây nối đất

Việc phân tích định tính rất cần thiết vì nó giúp ta phân tích nhanh và nhận định

được độ nhạy đối với thiết bị cũng như xác định được phương pháp cẩn áp dụng cho

phép phân tích định lượng.

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 25

Luận văn tốt nghiệp Chương HI: Các phương pháp phân tích

LH.2.1.Các phương pháp phân tích định lượng:

Phép phan tích định lượng một nguyên tố luôn dựa trên một phổ bức xạ đã chọn

và mới liên quan giữa cường độ và hàm lượng Tuy nhiên, trên thực tế thì phép phântích này còn phụ thuộc vào thành phẩn các nguyên tố tạo nên mẫu, do đó công việcchuẩn bị mẫu lý tưởng để kết quả phân tích được chính xác là rất quan trọng Nhưng

công việc này rất khó khăn, chính vì vậy sau khi phân tích mẫu ta phải hiệu chỉnh kết

quả bằng cách tính toán các hệ số do các nguyên tố khác trong mẫu ảnh hưởng lên

nguyễn tố nhân tích Người ta phân biệt các phương pháp khác nhau dựa trên cách giải

quyết vấn đẻ như: giảm, khử hay tính toán ảnh hưởng của từng nguyên tố có mặt trong

`

mau,

a> Phương pháp chuẩn ng oai tuyến tính:

Từ phương trình cơ bản của cường độ phát huỳnh quang thứ cấp:

n(E,) m Dong

a gee: : 5 i

KE) = asing, Go) Te) _ME)) (3.1)

siny, sinw)

với Q = Wy CEQ) war = W\t(Eo) — Wait

Đối với mẫu dày vô han, số hang exp —> 0, ta đặt:

n(E)

King: Qik E>) (3.2)

Ta nhận thấy rằng hing số K chỉ phy thuộc vào nguồn kích thích, nguyên tố phát

huỳnh quang va detector mà không phụ thuộc vào nồng độ nguyên tố cần phân tích.

Đối với mẫu phân tích: nguyên tố cần phân tích có nổng độ w,:

Luận vũn tốt nghiệp Chương UL: Các phương pháp phân tích

trong do BCE) = wy) + (Í<W,)H,tÍ:)

# (E) = wy (E) + Cl-w ut (ED

với CE.) và gu(E) là hệ số suy giảm khối của nguyên tổ i cẩn xác định tương ứng với bức xạ thứ cấp.

Trong điều kiện tạo mẫu lý tưởng - chất nén của mẫu phân tích và mẫu so sánh

có thành phần hóa học như nhau và hàm lượng của nguyên tố cẩn xác định trong mẫu

thuy đổi nhỏ - ta có thể xem hệ số suy giảm khối pe không đổi, nghĩa là = po" Khi đó

(3.5) được viết lại bằng phép gần đúng như sau:

I

We r w* (3.6)

Đây là trường hợp dun giản nhất, ta chi dùng một mẫu so sánh

Tuy nhiên, rất khó tạo được điều khiển lý tưởng như trên mà thông thường hàm

lượng nguyên tố cẩn xác định trong các mẫu chênh nhau một lượng khá lớn (1 # u) do

đó phương trình (3.6) không còn 4p dụng được Để khắc phục điều này, ta dùng nhiều

không còn dùng được, chính vì vậy việc xác định đường chuẩn phải làm hàng ngày,

hàng tuần Để tránh tình trạng này người ta dùng tỉ số cường độ tương đối Ie Trong

đó Ic là cường độ của vạch tán xạ kết hợp Khi đó phương trình (3.7) trở thành:

w= a+ +b (3.8)

Ic

Từ đường chuẩn này ta cũng ngoại suy được giá trị w` và từ đó sẽ xác định được

hàm lượng của nguyên tế cần phân tích thông qua (3.6).

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 27

Luận văn tốt nghiệp Chương IIT: Các phương pháp phân tích

b> Phương pháp chuẩn ng oai tuyến tính 1 f

Phương pháp nay cho phép phân tích các vật liệu có thành phần hóa học da dạng.

nhưng trong đó không hiện diện các nguyên tố mà hiệu ứng kích thích phải lựa chọn

Với một matrix phức tạp, phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính mắc phải các hiệu

ứng hấp thụ và tàng cường làm cho quan hệ giữa | và w không những phụ thuộc vào

nồng đô nguyên tố cẩn phân tích mà còn phụ thuộc vào néng độ các nguyên tố trong

matrix Để khắc phục detector diéu này ta dùng phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính

dùng hệ số hấp thụ khối Phương pháp này cho phép ta phân tích các vật liệu có thành

phản hóa học đa dạng nhưng trong đó không hiện diện các nguyên tố mà hiệu ứng kích

thích phải la chụn

Từ phương trình (3.5):

(E>) p(E,) l) w, siny, * sing;

—-g -.- = —-v.

siny, * sin;

Vì hệ số suy giảm khối đặc trưng cho một chất ứng với một giá trị nào đó của

nang lượng tia X tới (4 = g(E) = p(A)) và nếu nồng độ nguyên tố i cần xác định w, có gid trị nhỏ (w, << 1) ta có thể áp dụng hệ thức gắn đúng sau:

Luận văn tốt nghiệp Chương LH: Các phương pháp phân tích

Cuối cùng ta được:

LE) ít)

* “TT thy” ' (3.13)

Nếu mẫu phan tích có chứa nguyên tổ k mà năng lượng cụnh hấp thụ E,(h\) của

nó năm giữa năng lượng cạnh hấp thụ E(t) và nắng lượng E, của bức xạ đặc trưng

phát ra từ nguyên tố ¡ cắn phân tích thì kết quá là nang lượng bức xa đặc trưng bị giảm

Ji do hiệu ứng hấp thụ wen nguyên tố k Vì vậy trong phương trình trên ta còn phảitính đến ảnh hưởng của nguyên tố k lên cường độ tia X đặc trưng của nguyén tố i được

the hiện bởi tí số P :MED) =m hay:

“= T(Eon (E)Fum) ` ' (3.14)

Trong đó F(m) được xác định bằng công thức thực nghiệm:

œ là hệ số phụ thuộc vào điều kiện phân tích đã chon,

F(m) còn được xác định từ đồ thị Đồ thị được xây dựng bằng cách sử dụng nhóm

mẫu so sánh với hàm lượng của nguyên tố ¡ đã biết rồi chọn mẫu so sánh khác có hàmlượng thay đổi nhỏ so với giá trị w, của mẫu phân tích,sao cho giá trị hệ số suy giảm

khối uŒE,) đối với toàn bộ mẫu so sánh được giữ nguyên không đổi, ta có:

U a’

Oats Xu trong đó I° (E,) và P (E;) là cường độ tia X đặc trưng phát ra từ nguyên tố i trong một

mẫu so sánh A cố định và trong một mẫu J # A thuộc nhóm mẫu so sánh Với mỗi mẫu

J ta có một giá trị F\(m) tương ứng với một giá trị m = = (các hệ số H(E,), (Ey)

được xác định từ phương trình (3.12).

Như vậy, ứng với mỗi mẫu phân tích, ta sẽ đo được một giá trị m tương ứng Trên

cơ sở đó sẽ ngoại suy giá trị F(m) từ đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa m và F,(m).

Từ đó áp dụng phương trình (3.13) ta tính được hàm lượng của nguyên tố i cẩn phân

tích.

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 29

Luận văn tốt nghiệp Chương III: Các phương pháp phân tích

c> Phương pháp chuẩn nể i:

Phương pháp pha loãng mẫu:

Được sử dụng cho các mẫu giàu hàm lượng nguyên tố cẩn xác định như tmẫu

quảng khoáng Pha loãng mẫu này bằng các chất don.

Dùng một mẫu có khối lượng m,, trong đó ta đã biết trước hàm lượng w, của

nguyên tố cẩn xác định, mang trộn với mẫu cẩn phân tích có khối lượng mo.

Độ pha lodng của mẫu:

ỦI : cường độ bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần xác định trong mẫu trước

và sau khi pha lodng.

lạ : hệ số suy giảm khối của chất pha loãng đối với bức xạ thứ cấp Đối với các mẫu được pha loãng bằng chất nền (không chứa nguyên tố can

phan tích) nghĩa là w„=0 thì

Khi tăng mức độ pha loãng n thì hàm lượng nguyên tố phân tích giảm, các thành phần hóa học trong chất nền tăng , dẫn đến sai số hệ thống € càng nhỏ nhưng làm giảm

độ nhạy của sự xác định phổ tia X.

Do đó khi sử dụng phương pháp pha loãng thì n phải lựa chọn sao cho vừa cung cấp day đủ độ chính xác của phép phân tích, vừa bảo đảm sự thiệt hại về độ nhạy nhỏ nhất.

Mức độ pha loãng tối ưu có thể được xác định bằng biểu thức sau:

Mew) w= 4 (1-wal 22-1) (3.19)

với wow: gid trị của hàm lượng nguyên tố cẩn xác định trong mẫu trước và sau

khi pha loãng n lần.

tại — :hệ số suy giảm khối đối với bức xạ thứ cấp tương ứng với chất nén và

chất được pha loãng

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 30

Luận văn tốt nghiệp Chương HH: Cúc phương pháp phân tích

Đưa vào mau phân tích một lướng nguyên tổ B nào đó có bậc xố nguyên tử khác

bắc số nưuyên tử của nguyên tố A cần nhân tích một đơn vị (nhiều lắm là hai đơn vi).

Nguyễn tế này có hàm lượng đã biết trước, được gọi là nguyên tố chuẩn nội hay

nguyên tô so sánh, Tạ so sánh cường độ bức xạ đặc trưng của hai nguyên tố này dựa vào biểu thức liên hệ:

lạ

với Wy : hàm lượng nguyên tố so sánh trong mẫu

qb : hệ xô cường độ, được xác định bằng thực nghiệm như sau:

Ip Wa

LẺ FT (3.21)

Phương trình (3.20), (3.21) được sử dụng tính w„ khi hàm lượng nguyên tố A ở

các mẫu cẩn phân tích thay đổ trong một khoảng giới hạn không lớn Trong trường hợp

ngược lại thì phải tạo bộ mẫu so sánh có hàm lượng của các nguyên tố A và B xácđịnh, trong đó hàm lượng của nguyên tố B như nhau trong các mẫu so sánh Lập đồ thị

Luận văn tốt nghiệp Chương III: Các phương pháp phân tích

Cường độ vạch đặc trưng của mẫu sau khi thêm có thể tính gần đúng như sau:

nEjeK— 3.24 KE) = KE) nứa) 4:29

với _ P, là khối lượng nguyên tố ¡ trong mẫu trước khi pha thêm

P và P' là khối lượng của mẫu trước và sau khi pha thêm

Để đảm bảo độ đồng đều của mẫu phân tích tốt nhất nguyên tố cho thêm được

đưa vào dưới dạng dung dịch sau đó sấy khô hỗn hợp Hoặc nếu thêm dưới dạng rắn

thì phải trộn kĩ,

Để tăng độ chính xác, ta thực hiện nhiều lin Nghĩa là trên cùng một mẫu cho

thêm nhiều lượng xác định khác nhau tương ứng với: W; + Âw¡,, W¡ + ÂW¡, Wi + AW

w, + Aw;, Với các cường độ bức xạ đặc trưng nhận, dùng phương trình (4.28) để tính

các giá trị w, tương ứng Từ đó xác định mối quan hệ vé đường chuẩn: w, = f(Aw) Dùng dường chuẩn này để ngoại suy giá trị w¡ ứng với Aw, > 0 Phương pháp này đơn giản và tiện lợi, đặc biệt có thể ding phân tích nguyên tố có hàm lượng nhỏ.

d> Phương pháp hàm kích thích:

Phương pháp này được áp dụng cho các mẫu mỏng, đồng nhất.

SVTH: Ta Thi Minh Tuyén Trang 32

Luận vin tốt nghiệp Chương TUL; Các phương pháp phân tích

Từ phương trình tính cường độ bức xạ huỳnh quang thứ cấp

I~exp{-pT Iu(,)cscw; + Hn(Ei)cscw›]]

KE) = QuGulew, HCE dese, + p(B, escys

với FEZ) được gọi là hàm kích thích Phương trình trên có thé viết lại như sau

I-exp|-pT |(EuMeseWy + WCE esews}}

lúE,) = FUZ,)w, alae, Fea (3.29)

Thi nghiệm được bế trí sao cho các góc yy + gần bằng 90” Khi đó ta có:

l-exp{-pT |u(E,) + H(EÈ,)| ]

L(E,) = FiZ,)w, t(Eu) + WCE) (3.30)

Doi với mẫu mang ta có:

Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để xây dung đường cong ham kíchthích và tính hàm lượng của nguyên tố phân tích theo công thức sau:

HI.2.2.Đánh giá phương pháp phân tích:

Đánh giá tính lap lai c ủa ph háp:

Tính lặp lại đặc trưng bởi độ phân tán kết quả so với giá trị trung bình x Nó

được xác định bởi nhiều sai số ngẫu nhiên gây ra từ những nguyên nhân không kiểm

tra được Tính lặp lại của kết quả phân tích đặc trưng bởi phương sai có chọn lọc s” hay

độ lệch chuẩn s.

SVTH: Ta Thi Mink Tuyén Trang 33