Lợi ích của việc sử dụng máy quang phổ huỳnh quang tia X – XRF là gì

Chu Văn An

Trong ngành công nghiệp ngày nay, có nhiều kỹ thuật phân tích nguyên tố được sử dụng để kiểm soát chất lượng và quy trình sản xuất như ICP, ICP-OES, AAS, ICP-MS và XRF. Và trong bài viết hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu kỹ hơn về phương pháp XRF là gì??

Phương pháp XRF là gì?

Phương pháp XRF là gì?

Phương pháp XRF là phương pháp phân tích quang phổ huỳnh quang tia X. Đây là một kỹ thuật phân tích nguyên tố được sử dụng trong kiểm soát chất lượng và quy trình sản xuất công nghiệp.

Nguyên lý của XRF là khi từng nguyên tử bị kích thích bởi nguồn năng lượng bên ngoài, chúng sẽ phát ra các photon tia X có năng lượng hoặc bước sóng đặc trưng. Thông qua việc đếm số lượng photon của mỗi năng lượng phát ra từ một mẫu, các nguyên tố có trong mẫu đó có thể được xác định và định lượng một cách cụ thể và chính xác.

Lịch sử hình thành và phát triển của XRF

Dựa trên những khám phá của Röentgen về tia X – bức xạ năng lượng cao, Henry Moseley đã chế tạo một ống tia X sử dụng các electron năng lượng cao để bắn phá các mẫu vật. Ông đã phát hiện ra mối quan hệ toán học giữa nguyên tố này, bước sóng phát ra tia X và số nguyên tử của nó vào năm 1912.

Röentgen là người phát hiện ra tia X

Năm 1925, Coster và Nishina là những người đầu tiên sử dụng tia X thay cho electron. Và vào năm 1928, Glocker và Schreiber là những người đầu tiên thực hiện phân tích định lượng vật liệu bằng XRF.

Đến năm 1950, các thiết bị quang phổ tia X đầu tiên được sản xuất thương mại.

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp XRF

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp XRF là dựa vào bức xạ đặc trưng phát ra từ lớp vỏ electron(e) bên trong của nguyên tử trong những điều kiện nhất định để xác định các nguyên tố. Lượng tử bức xạ phát ra là các photon tia X có năng lượng riêng, cho phép xác định được các nguyên tử tạo nên chúng.

Bức xạ phát ra từ vật liệu mẫu

Khi chiếu chùm electron năng lượng cao vào vật liệu, hai quá trình sẽ xảy ra:

– Sẽ xảy ra sự phát xạ của các photon có phổ năng lượng rộng. Bức xạ này, được gọi là bức xạ hãm, là kết quả của sự giảm vận tốc của các electron bên trong vật liệu. Tính liên tục của hãm tốc được minh họa dưới dạng hàm của điện áp gia tốc e sử dụng mục tiêu molypden.

– Các quang điện tử được phát ra từ lớp vỏ bên trong của các nguyên tử tạo nên vật chất. Các quang điện tử này rời đi với động năng (E – φ). Động năng này là sự chênh lệch năng lượng giữa năng lượng của hạt tới (E) và năng lượng liên kết (φ) của nguyên tử e. Electron bị đẩy ra để lại một lỗ trống trong cấu trúc điện tử của nguyên tử và sau một thời gian ngắn chúng sắp xếp lại với một electron từ lớp vỏ năng lượng cao hơn để lấp đầy lỗ trống. Do đó, nguyên tử phát huỳnh quang có năng lượng bằng độ chênh lệch năng lượng của trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng.

Từ hai quá trình trên, chúng ta có thể xác định được phần tử cụ thể và quá trình chuyển tiếp điện tử cũng như nguồn gốc của chúng. Và đây cũng là cơ sở cho phép đo XRF.

Máy quang phổ huỳnh quang tia X là gì?

Máy quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) là thiết bị phân tích thành phần hóa học của vật liệu dựa trên tín hiệu và cường độ huỳnh quang phát ra từ vật liệu mẫu sau khi chiếu xạ bằng tia X.

Máy quang phổ huỳnh quang tia X

Có hai loại máy quang phổ huỳnh quang tia X, bao gồm loại tia X phân tán năng lượng (EDX) và loại X phân tán bước sóng (WDX).

1. Máy quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX)

Huỳnh quang tia X phát ra từ mẫu đồng thời đi vào phần tử cảm biến bán dẫn. Sau đó, tùy theo từng mức năng lượng, việc tính toán cho từng phần tử sẽ được thực hiện thông qua xử lý tín hiệu điện và phổ huỳnh quang tia X thu được. Với loại máy này, chúng ta có thể phân tích nhiều yếu tố cùng một lúc.

2. Máy quang phổ tán xạ bước sóng X (WDX)

Huỳnh quang tia X phát ra từ mẫu đi qua khe hở vào buồng đơn sắc. Buồng đơn và Máy dò sẽ liên kết với góc liên kết θ, 2θ. Chỉ huỳnh quang tia X có bước sóng đáp ứng mối tương quan này mới có thể đi vào Máy dò vì bước sóng huỳnh quang tia X có thể được chiết xuất phụ thuộc vào θ. Bằng cách dịch chuyển liên tục θ, có thể thu được phổ huỳnh quang tia X.

Lợi ích của việc sử dụng máy quang phổ huỳnh quang tia X

– XRF rất nhạy cảm với các nguyên tố kim loại, đặc biệt là các nguyên tố từ nhôm (Al) đến uranium (U). Thông qua việc phân tích độ dày lớp mạ của vật liệu, XRF là công nghệ đặc biệt hữu ích, có thể sử dụng cho mọi loại mạ kim loại, từ mạ một lớp đến mạ nhiều lớp, mạ kim loại hoặc phi kim loại. Với nhu cầu phân tích để xác định thành phần hợp kim, XRF có thể xác định thành phần phần trăm của các nguyên tố tạo nên hợp kim đó và xem chúng thuộc loại vật liệu nào.

Đo độ dày lớp phủ bằng máy XRF

– Nhận dạng các ion kim loại trong bể mạ, từ đó kiểm soát quá trình mạ một cách chính xác và hiệu quả.

– Các phép đo bằng máy XRF có thể thực hiện trực tiếp trên vật liệu rắn hoặc lỏng mà không cần chuẩn bị mẫu hoặc quá trình chuẩn bị rất đơn giản. Nó có thể phân tích bất kỳ loại mẫu nào mà không cần pha loãng hoặc nghiền. Vì vậy, chất thải hóa học sẽ không cần phải xử lý.

– Máy có thể được đặt ngay tại cơ sở sản xuất, cạnh dây chuyền sản xuất để kiểm soát tại chỗ quá trình. Chỉ với khóa đào tạo ngắn hạn và cơ bản về phần mềm, người điều khiển quá trình có thể vận hành máy một cách dễ dàng.

– Có thể đo được khối lượng mẫu tương đối lớn, từ 100 mg đến 10 gam. Vì vậy, tính đại diện của mẫu sẽ cao hơn, đồng thời các sai sót do tính không đồng nhất của mẫu cũng dễ dàng được giảm thiểu do không có nguy cơ lây nhiễm chéo.

Hy vọng với những thông tin chúng tôi đưa ra ở trên, bạn sẽ có thêm những kiến ​​thức hữu ích về phương pháp này. XRF là gì?. Và đừng quên, truy cập website labvietchem.com.vn để xem thêm nhiều bài viết hay.

Xem thêm:

• Tia UV là gì? Cách chặn tia UV bảo vệ da hiệu quả