Tài liệu SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X TRONG PHÂN TÍCH pH_197Snak3 pdf

TÀI LIỆU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X TRONG PHÂN TÍCH pH_197Snak3 1 MỤC LỤC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X TRONG PHÂN TÍCH 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRÊN THIẾT BỊ ARL 3 I. Nguyên tắc của phương pháp đo huỳnh quang tia X 3 II. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ARL 4 1. ống chuẩn trực (collimators) 4 2. Tinh thể (Crystals) 5 3. Detector 6 5.3 Môi trường phân tích 8 1/ Môi trường chân không : Là môi trường được sử dụng thông dụng nhất. Thường được sử dụng để đo các mẫu rắn và mẫu bột ép 8 2/ Môi trường Heli có tấm chắn : Thường được sử dụng để đo mẫu ở dạng dung dịch và các mẫu không thể đo được trong môi trường chân không. Chỉ có buồng phân tích và buồng sơ cấp đặt trong môi trường heli. Loại môi trường này rất ổn định và tiêu hao ít khí 8 3/ Môi trường Heli không có tấm chắn : Chỉ nên sử dụng trong trường hợp gặp vấn đề với môi trường Heli có tấm chắn 8 4/ Môi trường không khí : Có lắp quạt thông khí cho buồng phổ và chỉ được sử dụng trong trường hợp bảo dưỡng thiết bị 8 5.4 Nguồn cung cấp năng lượng (X-ray Power Supply) 8 CHUẨN BỊ MẪU 10 LỰA CHỌN MẪU ĐỂ LẬP CHUẨN VÀ CÁCH LẬP CHUẨN, SỬ DỤNG ĐƯỜNG CHUẨN ĐỂ PHÂN TÍCH 17 1. Lựa chọn mẫu để lập chuẩn 17 1.1. Lấy mẫu 17 1.2. Chọn mẫu 18 2. Cách lập chuẩn trên máy ARL 18 3. Phân tích mẫu trên máy ARL 20 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X TRONG PHÂN TÍCH. Phương pháp huỳnh quang tia X có thể sử dụng để xác định được hơn 83 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn tồn tại dưới rất nhiều dạng trong tự nhiên ở thể rắn hoặc lỏng, bao gồm các loại mẫu: thủy tinh, nhựa, dầu, các kim loại, các mẫu quặng, các mẫu chịu lửa, xi măng và các mẫu địa chất khác, nói chung là các mẫu không có tương tác với tia X. 2 Những mẫu rắn phải được phân tích trong môi trường chân không và những mẫu lỏng được phân tích trong môi trường khí Heli. Ưu điểm nổi bật trong phân tích bằng XRF là thời gian phân tích nhanh, chuẩn bị mẫu đơn giản, có độ lặp lại và độ chính xác cao và xác định được nhiều nguyên tố. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRÊN THIẾT BỊ ARL I. Nguyên tắc của phương pháp đo huỳnh quang tia X Mẫu được đưa tới buồng phổ và được kích thích bởi chùm tia X phát ra từ ống phát tia X. Phổ tia X từ nguồn được đặc trưng bởi bước sóng phụ thuộc vào từng nguyên tố làm đối âm cực và là phổ liên tục. Sự phát xạ từ mẫu bao gồm phổ tia X của nguồn phát và phổ phát xạ của các nguyên tố trong mẫu. Để ghi lại sự phát xạ này người ta sử dụng một hệ quay góc (goniometer). Hệ quay góc này đưa ra những phổ vạch mà có liên quan đến các nguyên tố có trong mẫu đo. Tất cả các thiết bị XRF đều đo dưới dạng cường độ xung điện. Nồng độ các nguyên tố trong mẫu thu được dựa vào việc so sánh với các đường chuẩn được thiết lập trong máy. Tuy nhiên để đạt được độ chính xác cao hoàn toàn phụ thuộc vào độ chính xác của các mẫu chuẩn sử dụng để lập đường chuẩn. Cường độ xung và nồng độ của các nguyên tố thường biến đổi tuyến tính với nhau, nhưng trong một vài trường hợp nó biến đổi theo đường bậc 2 : C(%) = a0 + a1 * I Đường bậc 1 C(%) = a0 + a1 * i + a2 * I 2 Đường bậc 2 Trong đó : i là cường độ xung của phổ đo được a j là hằng số điều chỉnh trong quá trình lập chuẩn C là nồng độ của nguyên tố cần xác định, tính bằng %. 3 Thực nghiệm cho thấy, cường độ xung của mỗi nguyên tố không chỉ là hàm nồng độ của nó mà nó còn bị ảnh hưởng bởi sự giao thoa các bức xạ như sự chồng phổ, sự hấp thụ hoặc cộng hưởng… II. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ARL Hình 4: Sơ đồ nguyên lý phân tích bằng XRF * Hệ quay góc (Goniometer) được bố trí sao cho detector luôn bắt được các tia bức xạ phát ra từ tinh thể khi tinh thể quay với 1 góc θ thì các detecter quay với góc 2θ. Goniometer có ba phần chính 1. ống chuẩn trực (collimators) Collimators sơ cấp hay thứ cấp được thiết kế thành một dãy các khe hẹp, song song. Chiều dài và khoảng cách các khe trong ống sẽ định rõ góc của tia X tới từ đó xác định được độ rộng của các vạch phổ và cường độ các vạch phổ. 4 Hình 5: Cấu tạo và tác dụng của collimator Do đó việc lựa chọn chiều dài và khoảng rộng các khe của collimator sao cho phù hợp là rất quan trọng sao cho độ phân giải của phổ là rõ rệt (nhưng phải tránh bị chồng phổ) nhưng cường độ xung phải cao. Nói chung collimator thường được lựa chọn sao cho phù hợp với bản chất tán xạ của từng tinh thể (crystal). Trong thiết bị ARL’s đo phổ liên tục thường được bố trí 4 loại cllimator : Fine cllimator sử dụng cho hầu hết các kim loại nặng. Medium collimator sử dụng cho các kim loại vừa và Coarse cllimator sử dụng cho các kim loại nhẹ. 2. Tinh thể (Crystals) Hình 6 : Cấu tạo mạng lưới tinh thể hình lập phương Tinh thể thường được sử dụng là chất rắn, các nguyên tử được xắp xếp theo một trật tự tuần hoàn trong không gian 3 chiều. Trong mạng lưới tinh thể, mặt phẳng mà ở đó các nguyên tử xắp xếp theo một dãy được gọi là 5 một mặt phẳng tinh thể. Mỗi mặt phẳng nút được xác định bởi chỉ số Miller (hkl). Mặt phẳng tinh thể phản xạ tia X như một tấm gương phản xạ ánh sáng. Sự khác nhau cơ bản ở chỗ mặt phẳng tinh thể chỉ phản xạ tia X trong một điều kiện nhất định. Sự lựa chọn phản xạ đó được gọi là nhiễu xạ. Hình 7: Sự nhiễu xạ 3. Detector Trong thiết bị ARL thông thường có hai loại detector : - Detector dòng khí - Detector nhấp nháy Hình 8: Detector dòng khí Hình 9: Detector nhấp nháy V. Các điều kiện phân tích 5.1 Lựa chọn crystal 6 Khoảng cách xác định của các mặt phẳng tinh thể được sử dụng để đặt các bước sóng của các nguyên tố được xác định sao cho phù hợp với góc phản xạ của tinh thể (vị trí của tinh thể và của detector trên hệ quay góc). Bảng dưới chỉ ra những tinh thể được lựa chọn sử dụng phù hợp cho các nguyên tố khác nhau. Có tối đa 9 loại tinh thể được sử dụng. Bảng 1 : Các loại tinh thể trong thiết bị ARL 5.2 Lựa chọn collimator Collimator có thể được thay đổi một trong 4 loại sau (0.15°, 0.25°, 0.60°, 2.6 0 ). Bảng 2 : Các loại collimator và khả năng lựa chọn Trong phần mềm WinXRF các loại collimator được gọi tên như bảng 3 Bảng 3 7 5.3 Môi trường phân tích Có 4 loại môi trường để lựa chọn 1/ Môi trường chân không : Là môi trường được sử dụng thông dụng nhất. Thường được sử dụng để đo các mẫu rắn và mẫu bột ép. 2/ Môi trường Heli có tấm chắn : Thường được sử dụng để đo mẫu ở dạng dung dịch và các mẫu không thể đo được trong môi trường chân không. Chỉ có buồng phân tích và buồng sơ cấp đặt trong môi trường heli. Loại môi trường này rất ổn định và tiêu hao ít khí. 3/ Môi trường Heli không có tấm chắn : Chỉ nên sử dụng trong trường hợp gặp vấn đề với môi trường Heli có tấm chắn 4/ Môi trường không khí : Có lắp quạt thông khí cho buồng phổ và chỉ được sử dụng trong trường hợp bảo dưỡng thiết bị. 5.4 Nguồn cung cấp năng lượng (X-ray Power Supply) Nguồn cấp năng lượng có thể cung cấp năng lượng tối đa phụ thuộc vào cấu hình thiết bị (600, 3600 hoặc 4200 W) Nguồn này điều khiển thế cấp và dòng cho ống phát tia X. Điện thế có thể thay đổi từng nấc 1 kV và dòng có thể thay đổi từng nấc 1 mA. Công thức tính dòng tối đa theo thế lựa chọn như sau: Trong đó: Imax là dòng tối đa cho phép 8 kV là số kilo Volt (thế) lựa chọn Ví dụ: Nguồn cấp năng lượng có thế cấp khác nhau đối với từng loại thiết bị: Bảng 4 9 CHUẨN BỊ MẪU Về bản chất phân tích huỳnh quang tia X là phương pháp phân tích gián tiếp, dựa vào sự tỉ lệ của cường độ các vạch Rửntgen đặc trưng với nồng độ các nguyên tố nghiên cứu trong mẫu. Tuy nhiên, sự phụ thuộc cường độ vạch phổ với nồng độ trong phổ Rửntgen phức tạp hơn nhiều so với phổ phát xạ, nên trong phổ Rửntgen người ta dùng phương pháp đo so sánh. Trong phương pháp nội chuẩn, người ta so sánh cường độ vạch nguyên tố nghiên cứu với nguyên tố chọn làm chuẩn, chất chuẩn được đưa vào mẫu với nồng độ được biết chính xác. Vạch so sánh cần có thế kích thích gần với thế kích thích của vạch nghiên cứu, nghĩa là chúng có độ dài sóng gần nhau, nhưng không quá gần để có thể ảnh hưởng đến việc đo cường độ của mỗi vạch. Vì vậy, để có thể thu được kết quả một cách chính xác, việc chuẩn bị mẫu chuẩn và mẫu đo thực tế cần phải được tiến hành chính xác theo cùng một cách. Mỗi một phương pháp chuẩn bị mẫu đảm bảo phải tạo ra được các mẫu có cùng tính năng vật lý như hệ số hấp thụ vật chất, tỷ trọng, kích thước hạt trong một dải nồng độ nhất định. Thêm vào đó các phương pháp chuẩn bị mẫu phải nhanh, chi phí thấp và không tạo ra các sai số hệ thống như việc làm nhiễm bẩn mẫu trong quá trình tạo mẫu. Việc chuẩn bị mẫu trong phân tích huỳnh quang tia X có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích sánh ngang với quá trình đo mẫu. Một phép chuẩn bị mẫu đầy đủ cần đảm bảo các yếu tố sau:  Không làm nhiễm bẩn mẫu.  Mẫu chuẩn bị xong phải có tính đồng nhất cao.  Lượng mẫu phải đủ để ép viên. 10 [...]... bức x huỳnh quang tương ứng với nó - x y dựng đường chuẩn Các đường chuẩn này sau đó sẽ được lưu vào trong các chương trình phân tích tương ứng Khi đó thiết bị đã sẵn sàng để phân tích các mẫu cùng chủng loại với các mẫu chuẩn Trog phân tích huỳnh quang tia X ta có thể gặp phải một số sai số hệ thống sau: 18  Các sai số vật lý được gây ra bởi sự hấp thụ tăng cường độ huỳnh quang ở các vạch phân tích. .. chuẩn chứa ion x c định có sự chênh lệch chất chuẩn đúng bằng lượng dung dịch tiêu chuẩn thêm vào bình chứa mẫu thử để x c định lại hệ số góc đo của điện cực 2.2.11 X c định tỷ trọng của một số dung dịch: * Nguyên tắc: Dựa trên phương pháp khối lượng để x c định nhanh tỷ trọng của một thể tích x c định dung dịch phân tích * Điều kiện x c định: + Thể tích dung dịch đem cân tỷ trọng phải chính x c + Cốc cân.. .Trong phân tích định lượng, mẫu phân tích phải được chuẩn bị cùng một cách với mẫu chuẩn Đối với mỗi loại nguyên vật liệu khác nhau nhất thiết cần phải có một đường chuẩn riêng Với phương pháp phân tích phổ Rửntgen người ta có thể phân tích các mẫu ở dạng bột rắn, các bản mỏng, các chất ở dạng lỏng hoặc đôi khi là các... sánh), do đó muốn x c định được nồng độ các nguyên tố trong mẫu phân tích thì cần phải x y dựng các đường chuẩn trước đó Để x y dựng các đường chuẩn trước hết phải tạo lập được một tập hợp các mẫu chuẩn với nồng độ các nguyên tố trong đó đã biết trước nồng độ Sau đó ta cần tiến hành đo cường độ phát huỳnh quang tương ứng với các nguyên tố phân tích trong các mẫu chuẩn này, lưu kết quả vào các file lập... mới được phân bố đều trong dải khảo sát Sau đó tiến hành nghiền trộn tạo các mẫu chuẩn mới từ các mẫu chuẩn đã được chuẩn hoá với các tỷ lệ thích hợp Như vậy với mỗi đường chuẩn khảo sát cần có 8 đến 10 điểm chuẩn tương đương với 8 đến 10 mẫu chuẩn cho một hệ nghiên cứu 2 Cách lập chuẩn trên máy ARL Thiết bị phân tích huỳnh quang tia X là thiết bị phân tích gián tiếp (so sánh), do đó muốn x c định... lượng chính x c, 2.2.12 X c định pH của một số dung dịch: * Nguyên tắc: Sử dụng máy pH meter để x c định nhanh pH của dung dịch cần x c định * Điều kiện x c định: + Lượng dung dịch lấy để x c định phải đủ ngập bề mặt cực đo 15 + Hiệu chỉnh lại máy đo bằng các dung dịch có độ pH chính x c Đầu tiên, hiệu chỉnh về môi trường trung tính theo dung dịch pH = 7 Sau đó, hiệu chỉnh về môi trường axít theo dung... ĐỂ LẬP CHUẨN VÀ CÁCH LẬP CHUẨN, SỬ DỤNG ĐƯỜNG CHUẨN ĐỂ PHÂN TÍCH 1 Lựa chọn mẫu để lập chuẩn 1.1 Lấy mẫu Tuỳ thuộc vào đường chuẩn cần thiết lập mà lựa chọn các loại mẫu nguyên vật liệu cho phù hợp Như thiết lập các hệ mẫu chuẩn sử dụng trong ngành gốm sứ, các mẫu nguyên liệu (cao lanh, đất sét, trường thạch, men ) được lấy tại các mỏ khai thác khoáng sản Các mẫu nguyên liệu đều phải đáp ứng theo tiêu... phép của phương pháp dùng để phân tích 17 1.2 Chọn mẫu Để việc x y dựng đường chuẩn trên máy được phù hợp (tức là các nguyên tố khảo sát phải có dải hàm lượng biến đổi tuyến tính trong khoảng cần khảo sát) nên để có các mẫu chuẩn phù hợp cần phải tự tạo ra các mẫu chuẩn mới đáp ứng được yêu cầu lập chuẩn Sử dụng chưng trình phần mềm Stargraphic 6.0 để tính toán sao cho hàm lượng các oxít có trong các... áp của ống tia - Hiệu điện thế làm việc Các điều kiện làm việc của thiết bị được giữ không đổi trong suốt quá trình lập chuẩn và trong những lần sử dụng đường chuẩn để phân tích về sau - Tạo lập chương trình phân tích Preparation > Analytical program > Create (đặt tên cho đường chuẩn muốn thiết lập) - Thiết lập các giá trị của mẫu chuẩn Preparartion > analysis > Calibration samples add matrix add samples... thể tích chính x c dung dịch tiêu chuẩn chứa ion cần phân tích rồi đo giá trị thế lần thứ hai, được giá trị E ’2 Từ các số liệu thu được ta tính ra hàm lượng Cl- trong mẫu thử * Điều kiện x c định: + Làm hai bình định mức (thông thường là 100 ml) song song, một bình chứa mẫu thử và một bình chứa mẫu thử cùng dung dịch tiêu chuẩn chứa ion x c định, đo song song để tránh sai số do sự chênh lệch về thể tích . TÀI LIỆU SỬ DỤNG PH ƠNG PH P HUỲNH QUANG TIA X TRONG PH N TÍCH pH_ 197Snak3 1 MỤC LỤC SỬ DỤNG PH ƠNG PH P HUỲNH QUANG TIA X TRONG PH N TÍCH 2 PH ƠNG PH P. ARL 20 SỬ DỤNG PH ƠNG PH P HUỲNH QUANG TIA X TRONG PH N TÍCH. Ph ơng ph p huỳnh quang tia X có thể sử dụng để x c định được hơn 83 nguyên tố trong bảng