اصول بنیادین طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس (xrf)

روش xrf بستگی به اصولی دارد، که برای چندین ابزار دیگر که شامل تعاملات بین پرتوهای الکترون و اشعه ایکس با نمونه ها است، رایج هستند. از جمله: طیف سنجی اشعه ایکس (به عنوان مثال، sem – eds )، پراش اشعه ایکس (xrd) و طیف سنجی پراکندگی طول موج (wds میکروپروب).

تجزیه و تحلیل عناصر اصلی و ردیابی مواد در زمین‌شناسی توسط فلورسانس پرتو ایکس xrf ، به واسطه ی رفتار اتم‌هایی که با تشعشع تعامل دارند، امکان پذیر می‌شود. هنگامی که مواد با انرژی بالا، تابش طول موجی کوتاه (مانند اشعه ایکس)به حرکت در می‌آیند، می‌توانند یونیزه شوند. اگر انرژی تشعشع به اندازه کافی برای برداشتن یک الکترون داخلی قدرتمند باشد، اتم ناپایدار شده و الکترون بیرونی جایگزین آن می شود. بعد از وقوع این اتفاق، انرژی مربوطه به دلیل کاهش انرژی اتصال الکترون در مقایسه با یک اوربیتال خارجی، آزاد می‌شود. تشعشع ساطع شده انرژی کمتری نسبت به تابش اولیه اشعه ایکس دارد، و اشعه فلورسانس نامیده می‌شود. از آنجا که انرژی فوتون ساطع شده، مشخصه ی انتقال بین اوربیتال های الکترونی ویژه‌ای در یک عنصر خاص است، فلورسانس پرتو ایکس می‌تواند برای شناسایی عناصر موجود در نمونه مورد استفاده قرار گیرد.

طیف سنج فلورسانس پرتو ایکس xrf چگونه کار می‌کند؟

تجزیه و تحلیل عناصر اصلی و ردیابی آن ها در زمین‌شناسی توسط xrf و به واسطه ی رفتار اتم‌ها، درست زمانی که با اشعه ایکس تعامل دارند، امکان پذیر می‌شود. عملکرد یک طیف‌سنج xrf بدین صورت است که، یک نمونه با یک پرتوی اشعه ایکس شدید روشن می شود، مقداری از انرژی پراکنده شده، اما مقداری نیز در داخل نمونه به شیوه‌ای جذب می‌شود، که به علم شیمی وابسته است. اشعه ایکس به طور معمول از یک هدف Rh تولید می‌شود، اگرچه W، Mo، Cr و بقیه می‌توانند بسته به کاربرد، مورد استفاده قرار گیرند. زمانی که این اشعه ایکس اولیه نمونه را هدف می‌گیرد، یک حالت برانگیختگی در آن ایجاد می شود. نمونه برانگیخته یا مشتعل شده به نوبه خود اشعه ایکس را در امتداد یک طیف، از ویژگی‌های طول‌موج‌هایی از انواع اتم موجود در نمونه منتشر می‌کند. اما این مسئله چطور اتفاق می‌افتد؟ اتم‌های نمونه، از طریق یونیزه شدن پرتو ایکس، الکترونها را از سطوح پایین تر خارج می کنند. این الکترون های خروجی از یک مدار بیرونی، با انرژی بالاتر جایگزین می شوند. وقتی این اتفاق رخ می‌دهد، به دلیل کاهش نیروی اتصال الکترون در مقایسه با یک اوربیتال خارجی، انرژی آزاد می‌شود. این نیرو به شکل انتشار اشعه‌های ایکس با نشان دادن نوع اتم آزاد می شود. اگر یک نمونه دارای عناصر زیادی باشد، همان طور که برای اکثر مواد معدنی و سنگ‌ها معمول است، استفاده از یک طیف سنج پراکنده بسیار شبیه این است که در یک EPMA اجازه جداسازی یک طیف پرتو ایکس xrf ساطع شده، به طول‌موج ویژه برای هر عنصر را داشته باشیم. انواع مختلف آشکارسازها (جریان گاز متناسب و درخشش) برای اندازه گیری شدت تابش اشعه استفاده می شود. شمارنده جریان عموما برای اندازه‌گیری طول‌موج بلند (>0.15 نانومتر)اشعه X مورد استفاده قرار می‌گیرد، که در طیف‌های K از عناصر سبک‌تر از Zn  قرار دارند. آشکارساز scintillation معمولا برای آنالیز طول‌موج کوتاه‌تر در طیف اشعه X مورد استفاده قرار می‌گیرد. (طیف‌های K از Nb تا I؛ طیف‌های L و U). اشعه X از طول موج متوسط (طیف‌های K از Zn به Zr و طیف‌های L از Ba و عناصر کمیاب تولید شدند.) به طور کلی با استفاده از هر دو آشکارساز در کنار هم اندازه گیری می شود. شدت انرژی که توسط این آشکارسازها اندازه گیری می شود متناسب با فراوانی عنصر در نمونه است. ارزش دقیق این تناسب برای هر عنصر با مقایسه با استانداردهای معدنی یا سنگی که ترکیب آن از طریق تجزیه و تحلیل های قبلی با روش های دیگر شناخته شده است، مشتق می شود.

راهنمای کاربر – جمع آوری و آماده سازی نمونه

اگر استانداردهای کافی در دسترس باشد، تقریبا هر ماده جامد یا مایع را می توان آنالیز کرد. برای سنگ‌ها و مواد معدنی، ابزارهای تجاری معمولی نیاز به نمونه‌ای دارند، که حداقل چندین گرم مواد را تشکیل می‌دهد. اگرچه نمونه جمع‌آوری‌شده ممکن است بسیار بزرگ‌تر باشد. برای تجزیه و تحلیل شیمیایی xrf سنگ‌ها، نمونه‌ها جمع‌آوری می‌شوند که چندین برابر بزرگ‌تر از اندازه دانه یا ذره در سنگ هستند. این نمونه اولیه پس از گذراندن چند مرحله خرد شده، تا به اندازه ی متوسطی در حد چند میلیمتر تا یک سانتیمتر برسد. این کار باید آنقدر تکرار شود تا بتوان آن را به نمونه کوچکی با وزنی در حد گرم تقسیم بندی کرد. سپس این تقسیمات کوچک از نمونه، با استفاده از روش های مختلف برای ایجاد نمونه xrf به یک پودر مناسب تبدیل می شوند. البته در این مرحله باید مراقب بوده و از ترکیب مواد خود آگاهی داشته باشید. چون ممکن است در برخی مراحل نمونه آلوده شود.

جمع آوری داده ها، نتایج و ارائه

• طیف اشعه ایکس
• داده های جدول
• تشخیص محدودیت ها
• دقت
• صحت
• پایگاه داده و طرح ریزی
• ارزیابی کیفیت داده ها (فیلکر، روندها، فیلد های جداگانه)
• طرح ژئوشیمیایی