PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X Các nguyên tố hóa học được kích thích bằng tia X, tia gamma mềm hoặc các hạt mang điện có năng lượng thích hợp sẽ phát ra các tia X đặc trưng cho từng nguyên tố. Trên cơ sở đó năng lượng và cường độ của các tia X đặc trưng đó có thể nhận diện và các định được hàm lượng của nguyên tố. 1 Mở đầu Tia X còn gọi là rơngen do W.K.Roentgen phát minh ra năm 1895 khi bắn chùm electron vào lá kim loại. Lúc đầu vì chưa biết rõ bản chất của loại bức xạ này nên ông gắn cho nó cái tên là tia X. Tia X thực chất cũng là bức xạ điện từ nhưng có bước sóng ngắn, nằm trong dải từ 0,01 (angstrom) tới 10 , hoặc thậm chí dài hơn. Các tia X có bước sóng ngắn hơn 1 gọi là tia X cứng và dài hơn 1 gọi là tia X mềm. Năng lượng của tia X tính theo bước sóng như sau: trong đó E đo bằng keV, đo bằng. Việc phát minh ra tia X là một sự kiện quan trọng trong lịch sử phát triển của ngành vật lý. Tia X và tia gamma giống nhau ở chỗ đều là bức xạ điện từ, nhưng có nguồn gốc khác nhau. Tia gamma sinh ra từ hạt nhân còn tia X sinh ra từ nguyên tử. Năng lượng của tia X đặc trưng bằng hiệu năng lượng liên kết của hai vành electron trong nguyên tử, do đó nó đặc trưng cho từng nguyên tố. Người ta ví năng lượng của tia X đặc trưng là dấu vân tay của nguyên tố hóa học nên có thể căn cứ vào đó xây dựng một phương pháp phân tích nguyên tố gọi là phương pháp phân tích huỳnh quang tia X. Ngày nay phương pháp này trở thành một công cụ phân tích mạnh đối với tất cả các nguyên tố từ nhôm (Al) tới urani (U) trong bản tuần hoàn, đáp ứng yêu cầu của nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng.
Seminar & thảo luận nhóm công nghệ nano HELLO! Nhóm 10 Ngô Mạnh Hùng – Trần Văn Hiệp Đồng Xuân Minh – Đoàn Quang Sơn Hiện tượng huỳnh quang tia X Nội dung ▸ ▸ ▸ ▸ Qúa trình tương tác tia X với vật rắn Hiện tượng huỳnh quang tia X Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X Ảnh hưởng hàm lượng nguyên tố số lượng nguyên tố lên cường độ huỳnh quang ▸ Kỹ thuật phân tích định lượng , sử dụng hệ mẫu chuẩn Tia X Là dạng sóng điện từ , có bước sóng khoảng từ 0,01 đến 10 nm tương ứng với dãy tần số từ 30PentaHz đến30ExaHz lượng từ 120eV đến 120keV Tia X Quá trình tương tác tia X với vật rắn Qúa trình tương tác tia X với vật rắn ▸ Khi chiếu tia X vào vật rắn , chùm tia sâu vào vật rắn ▸ Chiều sâu phụ thuộc vào : +) Năng lượng tia X +) Bước sóng tia X +) Bản chất vật liệu rắn Qúa trình tương tác tia X với 1.Tương tác đàn hồi vật rắn 2.Tương tác không đàn hồi Tia X lượng, cung cấp thông tin huỳnh Ta thu tia X phản xạ ngược trở lại , ta có quang tia X phổ nhiễu xạ tia X => biết loại vật chất vật rắn mà ta => biết khoảng cách nguyên tử , nghiên cứu cách xếp , cấu trúc , … Nguyên lý phát huỳnh quang tia X Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Huỳnh quang : phát quang phân tử hấp thụ lượng dạng nhiệt (phonon) dạng quang (phonton) Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Huỳnh quang tia X (XRF): phát xạ đặc tính “thứ cấp” (hay huỳnh quang ) X – quang từ vật liệu kích thích cách bắn phá với lượng cao X-quang tia gama ▸ Một Philips PW1606 huỳnh quang tia X quang phổ với thức ăn mẫu tự động phòng thí nghiệm kiểm soát chất lượng nhà máy xi măng Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Các phổ đặc trưng K,M,L phát kích thích photon tia X Năng suất huỳnh quang tia X,w,đối với họ vạch K,L hàm nguyên tử số Z ▸ Một số vật liệu có huỳnh quang mạnh tia X tương ứng với bước sóng khác (sử dụng vật liệu bia khác ) Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X ▸ Mỗi phần tử có quỹ đạo điện tử đặc trưng lượng Sau cắt bỏ electron bên photon lượng cung cấp nguồn xạ, electron từ lớp vỏ bên rơi vào vị trí ▸ Bước sóng điển hình phân tán XRF phổ Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X ▸ Việc chuyển đổi : L → K chuyển tiếp truyền thống gọi , chuyển M → K gọi K β , M → L chuyển đổi gọi L α , Mỗi hiệu ứng chuyển tiếp cho photon huỳnh quang với lượng đặc trưng khác biệt lượng đầu cuối quỹ đạo Bước sóng xạ huỳnh quang tính từ luật Planck : ▸ Các xạ huỳnh quang phân tích cách phân loại nguồn lượng photon ( tán sắc lượng phân tích) cách tách bước sóng xạ (bước sóng tán sắc phân tích) Ảnh hưởng hàm lượng nguyên tố, số lượng nguyên tố lên cường độ huỳnh quang Ảnh hưởng hàm lượng nguyên tố số khối ▸ Sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ X-quang vào 1913-1914, Moseley thấy cường độ cao dòng cao quang phổ tia X nguyên tố cụ thể thực liên quan đến số nguyên tử nguyên tố bảng tuần hoàn (Z) ▸ Dòng gọi dòng K-alpha Dưới dẫn Bohr, Moseley thấy mối quan hệ thể công thức đơn giản, sau gọi Định Luật Moseley = k1 (Z – k2) Trong đó: tần dòng K phát xạ x-ray k1 k2 số phụ thuộc vào loại phổ Ảnh hưởng hàm lượng nguyên tố số khối ▸ Giả sử cho k1 k2 cho tất dòng Kα ta có: = (2.47 x 10 15 ) x (Z – 1) (Hz) Trong trường hợp ta có công thức Bohr cho Kα là: = = –= (-) hoặc: = = () = (2.48 x 10 15 ) x (Z – 1) (Hz) Ảnh hưởng hàm lượng nguyên tố số khối ▸ Hai công thức Moseley cho dòng K-alpha L-alpha, bán phong cách Rydberg là: 15 = (3.29 x 10 ) x x (Z – 1) (Hz) 15 = (3.29 x 10 ) x x (Z – 1) (Hz) Sự phụ thuộc tần số phát xạ vào số khối, có nghĩa hiệu ứng chuyển tiếp cho photon huỳnh quang với lượng đặc trưng khác biệt lượng đầu cuối quỹ đạo phụ thuộc số khối nguyên tử Kỹ thuật phân tích định lượng , sử dụng hệ mẫu chuẩn Đặc trưng nghiên cứu định lượng Nghiên cứu định lượng nghiên cứu Nghiên cứu định lượng cung Nghiên cứu định lượng nghiên cứu mối quan hệ khái niệm cấp liệu để mô tả phân bố mối quan hệ khái niệm biến cố đặc điểm tính chất biến cố tổng thể nghiên cứu, khảo sát mối quan hệ nhân Các phép phân tích định lương ▸ Thống kê mô tả ▸ Phân tích mối quan hệ - Phân tích quan hệ tương phản - Phân tích nhân tố - Phân tích hồi quy +) Đơn biến +) Đa biến ▸ Phân tích khác biệt - Kiểm tra khác biệt - Phân tích ANOVA Sử dụng hệ mẫu chuẩn ▸ Mẫu chuẩn : Là dạng đặc biệt chuẩn đo lường Mẫu chuẩn chất vật liệu có thuộc tính đảm bảo tính đồng độ ổn định định ▸ Căn vào mẫu thường phải phân tích (mẫu khoáng sản, mẫu hợp kim, mẫu sinh học v.v ) mà PTN phải biết cần loại mẫu chuẩn Cần thành phần (Matrix) mẫu chuẩn giống với mẫu phân tích hiệu chuẩn hóa cao nhiêu ▸ Về chất (matrix) mẫu chuẩn, phòng thí nghiệm phải cân nhắc thực tế mặt kinh tế lẫn kỹ thuật có đồng hoàn toàn chất mẫu chuẩn mẫu phân tích Một đồng hợp lý phải chấp nhận Nếu không, toàn quy trình phân tích phải xem xét lại THANKS! Any questions? [...]... quang tia X Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Huỳnh quang : là sự phát quang khi phân tử hấp thụ năng lượng dạng nhiệt (phonon) hoặc dạng quang (phonton) Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Huỳnh quang tia X (XRF): là sự phát x của đặc tính “thứ cấp” (hay huỳnh quang ) X – quang từ một vật liệu đã được kích thích bằng cách bắn phá với năng lượng cao X -quang hoặc tia gama ▸ Một Philips PW1606 huỳnh quang tia. .. Philips PW1606 huỳnh quang tia X quang phổ với thức ăn mẫu tự động trong phòng thí nghiệm kiểm soát chất lượng nhà máy xi măng Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Các phổ đặc trưng K,M,L cũng có thể được phát bằng chính sự kích thích của các photon tia X Năng suất huỳnh quang tia X, w,đối với các họ vạch K,L như là hàm của nguyên tử số Z ▸ Một số vật liệu có huỳnh quang mạnh bởi tia X tương ứng với các bước sóng... nhau ) 3 Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X ▸ Mỗi phần tử có quỹ đạo điện tử đặc trưng của năng lượng Sau cắt bỏ một electron bên trong bởi một photon năng lượng được cung cấp bởi một nguồn bức x , một electron từ một lớp vỏ bên ngoài rơi vào vị trí của nó ▸ Bước sóng điển hình phân tán XRF phổ Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X ▸ Việc chuyển đổi chính là : L... nguyên tố và số khối ▸ Hai công thức Moseley cho dòng K-alpha và L-alpha, ở bán phong cách Rydberg là: 15 2 = (3.29 x 10 ) x x (Z – 1) (Hz) 15 2 = (3.29 x 10 ) x x (Z – 1) (Hz) Sự phụ thuộc của tần số phát x và vào số khối, có nghĩa là các hiệu ứng chuyển tiếp cho ra một photon huỳnh quang với một năng lượng đặc trưng bằng sự khác biệt trong năng lượng của đầu và cuối quỹ đạo phụ thuộc và số khối của... bức x (bước sóng tán sắc phân tích) 4 Ảnh hưởng của hàm lượng nguyên tố, số lượng các nguyên tố lên cường độ huỳnh quang Ảnh hưởng của hàm lượng nguyên tố và số khối ▸ Sử dụng kỹ thuật nhiễu x X -quang vào 1913-1914, Moseley thấy rằng cường độ cao nhất dòng cao nhất trong quang phổ tia X của một nguyên tố cụ thể đã được thực sự liên quan đến số nguyên tử các nguyên tố trong bảng tuần hoàn (Z) ▸ Dòng... Moseley = k1 (Z – k2) Trong đó: là tần của dòng K phát x x- ray k1 và k2 là hằng số phụ thuộc vào loại phổ Ảnh hưởng của hàm lượng nguyên tố và số khối ▸ Giả sử cho k1 và k2 như nhau cho tất cả dòng Kα ta có: = (2.47 x 10 15 2 ) x (Z – 1) (Hz) Trong mọi trường hợp ta có công thức Bohr cho Kα là: = = –= (-) hoặc: = = () = (2.48 x 10 15 2 ) x (Z – 1) (Hz) Ảnh hưởng của hàm lượng nguyên tố và số khối... tiếp cho ra một photon huỳnh quang với một năng lượng đặc trưng bằng sự khác biệt trong năng lượng của đầu và cuối quỹ đạo Bước sóng của bức x huỳnh quang này có thể được tính từ luật Planck : ▸ Các bức x huỳnh quang có thể được phân tích bằng cách phân loại các nguồn năng lượng của các photon ( tán sắc năng lượng phân tích) hoặc bằng cách tách các bước sóng của bức x (bước sóng tán sắc phân tích)... (Matrix) của mẫu chuẩn càng giống với mẫu phân tích bao nhiêu thì hiệu quả chuẩn hóa càng cao bấy nhiêu ▸ Về chất nền (matrix) của mẫu chuẩn, phòng thí nghiệm phải cân nhắc một thực tế là cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật là không thể có sự đồng nhất hoàn toàn về chất nền giữa mẫu chuẩn và mẫu phân tích Một sự đồng nhất hợp lý phải được chấp nhận Nếu không, toàn bộ quy trình phân tích phải được xem x t ... tia X Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Huỳnh quang : phát quang phân tử hấp thụ lượng dạng nhiệt (phonon) dạng quang (phonton) Hiện tượng huỳnh quang tia X ▸ Huỳnh quang tia X (XRF): phát x đặc... Hiệp Đồng Xuân Minh – Đoàn Quang Sơn Hiện tượng huỳnh quang tia X Nội dung ▸ ▸ ▸ ▸ Qúa trình tương tác tia X với vật rắn Hiện tượng huỳnh quang tia X Sơ đồ hệ phân tích huỳnh quang tia X Ảnh hưởng... quang tia X phổ nhiễu x tia X => biết loại vật chất vật rắn mà ta => biết khoảng cách nguyên tử , nghiên cứu cách x p , cấu trúc , … Nguyên lý phát huỳnh quang tia X Hiện tượng huỳnh quang tia