XRF Toimintaperiaate, laite ja menetelmä
Top Analytica Oy Ab. XRF Laite, menetelmät ja mahdollisuudet Teemu Paunikallio Top Analytica Oy Ab. • • Röntgensäteilyllä irroitetaan näytteen atomien sisäkuorilta (yleensä K ja L kuorilta) elektroneja. Syntyneen vakanssin paikkaa ylemmän kuoren elektroni, samalla emittoituu atomille luonteenomaista fluoresenssisäteilyä. Jos K kuoren vakanssin täyttää L kuoren elektroni, sanotaan säteilyä Kα, jos vakanssin täyttää M kuoren elektroni, kutsutaan säteilyä Kβ. Röntgenfluoresenssi Top Analytica Oy Ab. • • • • • • • • Laitteisto: PanAnalytican Epsilon 3 XL Ilmaisin on energiadispersiivinen. Röntgenputken anodimateriaali on rhodiumia. Maksimivirta 3 mA ja maksimijännite 50 kV. Kevyin mitattava alkuaine on fluori. 10 näytepaikkaa. Voidaan mitata kiinteitä-, jauhemaisia- ja nestemäisiä näytteitä. Mahdollisuus mitata suuria näytteitä. Kevyiden alkuaineiden analysoinnissa näytekammio huuhdellaan heliumilla. Top Analytica Oy Ab. 1. 2. 3. 4. 5. Röntgensäteily tuotetaan röntgenputkessa, jossa rhodium anodia pommitetaan elektronisuihkulla. Syntyy rhodiumille tyypillistä säteilyä sekä jarrutussäteilyä. Molempia käytetään fluoresenssin herättämiseen näytteessä. Suodattimella voidaan suodattaa osa herättävän säteilyn spektristä. Näin voidaan minimoida säteilylähteen häiriövaikutuksia sekä optimoida herättävä säteily tietyille alkuaineille sopivaksi. EDS-ilmaisin. Materiaali piitä. Näytepaikat. Mitattava näyte. Laitteisto Top Analytica Oy Ab. • • • Tasaiset ja kiinteät materiaalit, kuten paperi ja metallilevy, voidaan asettaa suoraan näytepaikkaan. Näyte on ensin leikattava näytepaikkaan sopivaksi. Jauheet ja liuokset kaadetaan kuvan mukaiseen muovikuppiin, jossa ohut muovikalvo estää näytemateriaalin putoamisen mittauskammioon. Myös suspensiot ja emulsiot voidaan mitata muovikupissa. Isot näytteet, kuten rautaputki, mitatataan ottamalla näytteenpidin pois ja laittamalla suojamuovi mittauskammion päälle. Iso näyte asetetaan suojamuovin päälle. Näytteet Top Analytica Oy Ab. + Herkkyys varsinkin raskaille alkuaineille hyvä eli päästään ppm tasolle. + Voidaan mitata nesteitä. + Mittaukset nopeita. XRF:n edut ja haitat – Kvantitatiivisiin mittauksiin menetelmä on tehtävä näytekohtaisesti. – Näytemäärän on oltava suurempi kuin esimerkiksi SEM-EDS analyysissä. – Analyysikohtaa ei voi valita tarkasti. – Ei sovellu kevyiden alkuaineiden kuten hapen ja hiilen analysointiin. Mittaussyvyys. Top Analytica Oy Ab. Mittausvaihtoehdot • Manuaalimittaus: Tuotetaan halutuilla parametreillä spektri näytteestä. Käytetään alkuaineiden tunnistukseen ja laitteen kalibrointiin. • Mittaukset Omnian ohjelmistoa apuna käyttäen: Iterointiin ja fysikaalisiin parametreihin (fundamental parameters) perustuva menetelmä, jolla saadaan arvio alkuaineiden määrästä tuntemattomassa näytteessä. • Tunnetuilla standardeilla tehty menetelmä, jolla saadaan tarkin kvantitatiivinen tulos tietyn tyyppisistä näytteistä. Top Analytica Oy Ab. Omnian analyysi värillisestä paperista • • • Kuvan sinisestä paperista leikattiin pala. Sininen puoli asetettiin mittauspäätä vasten ja mittaukset suoritettiin Omnian ohjelmalla. Ohjelmaan syötettiin paperin paksuus ja tiheys (tarpeen ohuille näytteille). Ohjelmaan syötettiin myös tieto siitä että näyte sisältää kevyitä alkuaineita (CHO). Top Analytica Oy Ab. Omnian analyysi värillisestä paperista Top Analytica Oy Ab. Omnian analyysi sertifioidusta lasireferenssistä • Omnian menetelmän tarkuutta testattiin mittaamalla NIST:n RM620 standardi (lasilevy). • Tulokset on laskettu oksideiksi (p-%). • Osa määritettävistä yhdisteistä on hyvin lähellä standardin arvoa, mutta Al2O3:ssa on virhettä. • Standardi sisältää myös strontium- ja zirkoniumoksidia. Oksidi SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 K2O SO3 As2O3 Fe2O3 TiO2 ZrO2 SrO Summa RM620 Omnian 72.080 71.987 14.390 13.602 7.110 7.156 3.690 3.728 1.800 2.613 0.410 0.484 0.280 0.237 0.056 0.074 0.043 0.044 0.018 0.017 0.026 0.032 99.877 100.000 Top Analytica Oy Ab. • • • • • Kvantitatiivisen menetelmän kehitys Menetelmän voi tehdä minkä tyyppisille näytteille tahansa (liuos, lasi, metalli, jauhe...jne.), kunhan näytetyypille voidaan ajaa tunnetut referenssit. Standardit voidaan ostaa tai tehdä itse. Kvantitatiivista menetelmää kehitettäessä näytteen täytyy olla tunnettu. Ei kannata yrittää mitata kaikkia näytteen alkuaineita tarkasti heti vaan kannattaa rajata määritettävät alkuaineet analyysin kannalta tärkeimpiin alkuaineisiin. Määritettävien alkuaineiden määrää voi jatkossa kasvattaa mittaamalla lisää standardeja. Matriisin eli taustamateriaalin ja analyyttien eli määritettävien alkuaineiden puhtaus on tarkistettava ennen käyttöä XRF:llä (ei saa sisältää muita analyyttejä). Häiriöpiikit, kuten summa-, erotus- ja compton piikit, sekä mahdolliset piikkien päällekkäisyydet on tunnistettava ennen standardien ajoa. Ajetaan tunnetut standardit ja tehdään kalibrointisuora. Top Analytica Oy Ab. • • • Kvantitatiivisen menetelmän kehitys: Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista Matriisiksi valittiin alumiinisilikaatin, kalsium sulfaatin (kidevedetön) ja natrium karbonaatin seos (noin 1:1:1). Matriisi edustaa yleisimpiä voimalaitos kasaumissa esiintyviä yhdisteitä. Ei sovellu matriisiksi, jos 1 ja 2 ryhmän kloridisuolat ovat pääkomponentteina => niille on tehtävä toinen matriisi. Analyyttiyhdisteet punnittiin tarkasti, jonka jälkeen ne homogenisoitiin matriisiin kanssa kuulamyllyssä. Sekoituksen jälkeen näytteet mitattiin XRF:llä. Top Analytica Oy Ab. Kvantitatiivisen menetelmän kehitys: Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista Top Analytica Oy Ab. Kvantitatiivisen menetelmän kehitys: Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista Top Analytica Oy Ab. Kvantitatiivisen menetelmän kehitys: Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista Top Analytica Oy Ab. XRF:n herkkyys • Alla olevassa kuvassa on sinkin XRF-spektri. • Näyte on sinkkiyhdisteen vesiliuos, jossa sinkin pitoisuus on 88 ppm. Top Analytica Oy Ab. Loppukommentit • XRF:n soveltuu hyvin erilaisten näytteiden kvalitatiiviseen analyysiin. XRF:n etuna on näytteenvalmistuksen helppous ja mittauksien nopeus. • Jos näyte on tuntematon, voidaan alustava kvantitatiivinen analyysi suorittaa Omnian mittauksilla. • Tarkin tulos saadaan standardeilla tehdyillä menetelmillä. Kysymyksiä?
© Copyright 2024