Bài này được viết với mục đích khuyến khích sử dụng XRF và khai thác hết tiềm năng của phương pháp này, với đề cập tới khái niệm như quang phổ, lấy mẫu, phân tích định tính và định lượng, và thành phần nguyên tố trong các ứng dụng nâng cao như Show
Tài liệu đề cập đến các kiến thức cho chuyên ngành hóa sinh và hóa học cũng như thích hợp cho những người mới làm quen với lĩnh vực XRF và chỉ có kiến thức cơ bản về hóa học nói chung. Các nội dung liên quan bao gồm:
Tham khảo thêm Lý thuyết cơ bản về XRF, thuật ngữ liên quan cũng như các câu hỏi thường gặp về XRF. Phổ XRF hay XRF SpectraHầu hết các nguyên tử có số obitan electron (ví dụ: vỏ K, vỏ L, vỏ M) xác định. Khi năng lượng tia X làm cho các electron di chuyển vào và ra khỏi các mức vỏ này, các đỉnh XRF với các cường độ khác nhau sẽ được tạo ra và sẽ thể hiện trong quang phổ huỳnh quang, là một biểu diễn dạng đồ họa của các đỉnh cường độ tia X dưới dạng hàm của các đỉnh năng lượng. Mức năng lượng của đỉnh xác định nguyên tố và chiều cao / cường độ đỉnh thường biểu thị hàm lượng của nguyên tố trong vật liệu. Lưu ý là phổ chỉ hiển thị một phần của một số nguyên tố trong vật liệu, có tính tuần hoàn với mức năng lượng tỷ lệ với Z2 (định luật Moseley). Phổ của các nguyên tố từ Zn tới Se liên tiếp nhau trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Mới mức năng lượng tính theo KeV và cường độ tính theo Cps Bảng tuần hoàn có dữ liệu huỳnh quang tia XHãy nhớ, bảng tuần hoàn có dữ liệu XRF này là người bạn tốt của chúng ta. Các dữ liệu có thể có được ao gồm năng lượng mức K và L cũng như Giới hạn phát hiện (LoD). Năng lượng tia X thu được từ các nguyên tố khác nhauDưới đây là nguyên lý chung cho phổ năng lượng XRF thu được từ thiết bị cầm tay. Nguyên tố hữu cơ (i.e., H, C, N, O) không phát sinh các đỉnh năng lượng. Năng lượng photon của các nguyên tố này quá thấp để truyền qua không khí và không thể phát hiện sử dụng các cảm biến Si. Các nguyên tố nguyên tử khối thấp (i.e., Cl, Ar, K, Ca) chỉ cho các đỉnh K PEAKS Các đỉnh L peaks từ các nguyên tố này có năng lượng rất thấp (các photon không truyền được quả không khí và cũng không phát hiện được bởi các cảm biến Si). Các nguyên tố nguyên tử khối cao (i.e., Ba, Hg, Pb, U) chỉ cho các đỉnh L LINES. Các đường K peaks từ các nguyên tố này có năng lượng quá cao (các electron trên các dải năng lượng này không thể bị tách ra khi dùng ống phóng X-Ray trên các máy cầm tay). Các nguyên tố nguyên tử khối trung bình (i.e., Rh tới I) cho kết quả cả K và L LINES. Vì XRF ảnh hưởng đến lớp vỏ bên trong trước (có mức năng lượng thấp hơn), nên phổ XRF của một nguyên tố không phụ thuộc vào công thức hóa học của nó (tức là phổ của chì, chì asenat và chì tetraetyl TẤT CẢ sẽ hiển thị các đỉnh ở 10,61 và 12,55 keV). Phổ của các nguyên tố khác nhau cũng có thể có mức năng lượng giống nhau gây nhầm lẫn khi đọc kết quả. Các yếu tố gây khó khăn khi diễn giải phổ XRFCác nguyên tố trong mẫu có thể tạo ra 2 hoặc nhiều mức năng lượng
Sự chồng chéo đỉnh phát sinh do sự hiện diện của nhiều nguyên tố trong mẫu và độ phân giải hạn chế của cảm biến.
Phổ với mức năng lượng KPhổ năng lượng với K line trong thực phẩm bổ sung có ~10% As
Phổ với mức năng lượng LPhổ năng lượng với L line của mẫu đồ ăn chứa ~10% Pb
Phổ của các vật liệu phức tạp hơnPhổ năng lượng có cả K Line, L Line và Overlapping của mẫu thực phẩm bổ sung chứa 4% As và 2% Hg
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân tích phổ XRFẢnh hưởng của độ phân giải cảm biếnQuang phổ của vật liệu có 900 ppm Pb trong thuốc chuyên trị tiêu hóa dạ dày Pepto Bismol. Cảm biến Si (PIN) Cảm biến SDDPhổ XRF giữa cảm biến Si (PIN) thế hệ cũ và cảm biến SDD thế hệ mới có độ phân giải cao hơn.Với cảm biến Si (PIN), thiết bị có độ phân giải ~ 0,2 keV (FWHM) và không thể phân giải đỉnh Pb và Bi. Với cảm biến SDD, thiết bị có độ phân giải ~ 0,15 keV (FWHM) và có thể phân giải đỉnh Pb và Bi. Như vậy, các thiết bị có độ phân giải thấp có thể không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu phức tạp. Đỉnh giả (Artifact Peaks) từ ống phát tia XĐỉnh giả là tín hiệu có nguồn gốc phát sinh từ ống phát tia X. Các điện tử có động năng cao (thường từ 10-50 kV) bắn phá các nguyên tử trong bia ống phát tia X (thường là Rh hoặc Ag hoặc Tungsten) và phát ra năng lượng. Sự tương tác của các photon từ ống phát tia X với mẫu đang kiểm tra tạo ra một số tín hiệu đặc trưng trong phổ XRF có thể bao gồm:
BremsstrahlungBremsstrahlungE0 = năng lượng ban đầu của êlectron trong ống tia X E1 , E2 = năng lượng của tia X. Tín hiệu tán xạ ngược từ mẫu xenlulo.
Đỉnh RayleighE0 = năng lượng ban đầu của tia X từ bia trong nguồn tia XE1 = năng lượng của tia X bị tán xạ từ mẫu (đặc trưng) Tín hiệu tán xạ từ mẫu hợp kim kim loại
Đỉnh ComptonE0 = năng lượng ban đầu của tia X từ bia trong ống phátE1 = năng lượng tia X bị tán xạ từ mẫu (thường là mẫu không rắn)Tín hiệu tán xạ từ mẫu xenlulo
Đỉnh giả từ quá trình thu tín hiệuPhát sinh từ quá trình thu và xử lý tín hiệu. Sự tương tác của các photon huỳnh quang tia X từ mẫu với cảm biến có thể tạo ra một số loại đỉnh giả khác nhau trong phổ XRF, bao gồm:
Đỉnh tổng (Sum peaks)Phổ phân tích vật liệu Fe
Đỉnh thoát (Escape Peaks)Phổ của mẫu chưa Pb
Đỉnh giả do nhiễm tạp chất
Các vấn đề cần xem xét
Nếu nhận được kết quả “dương tính” (phát hiện một yếu tố độc hại), chúng ta có biết chắc chắn rằng nó nằm trong MẪU chứ không phải trong bao bì sản phẩm hoặc vật liệu nền được sử dụng để giữ mẫu không? Ngoài ra, cần đánh giá phổ tín hiệu để xác minh kết quả. Kết quả dương tính của một nguyên tố cần được khẳng định bằng việc quan sát thấy hai cực đại ở mức năng lượng gần với giá trị trong bảng tuần hoàn. Phần mềm phân tích có thể đưa ra KẾT QUẢ LỖI (dương tính giả hoặc âm tính giả)? Quang phổ cho các nhận dạng có, có thể và không có
Dương tính giả với Pb trong nắp đồ đựng thức ăn trẻ emPhổ XRFCận cảnh phổ ở mức năng lượng của PbNgười dùng thu được phổ gần nắp hộp đựng đồ ăn (> 10% Fe), cho đỉnh tổng Fe ở 6,40 keV * 2 photon = 12,80 keV. Thuật toán của thiết bị XRF có thể xác định không chính xác Pb trong mẫu này ở hơn 2000 ppm (phát hiện và định lượng dựa trên tín hiệu tại Pb ở lớp Lβ ở mức 12,61 keV, cường độ bằng không của Pb lớp Lα ở 10,55 keV không được đưa ra khi phân tích). Cần kiểm tra lại các kết quả của phần mềm của máy phân tích và đảm bảo tránh các trường hợp dương tính giả tiềm ẩn như trường hợp này bằng cách đánh giá quang phổ để xác nhận sự hiện diện của một nguyên tố. Âm tính giả nguyên tố U trong bộ đồ ăn bằng nhựaThuật toán của thiết bị không xác định được U trong mẫu này (thuật toán không được tối ưu nhằm mục đích cố gắng xác định nguyên tố U và các nguyên tố không phổ biến khác). Việc không phân tích phổ thủ công một sản phẩm chỉ chứa U sẽ dẫn đến giả định rằng sản phẩm đó an toàn. Cần luôn chú ý khi sử dụng phần mềm của máy phân tích để đưa ra kết quả và đảm bảo tránh các trường hợp âm tính giả tiềm ẩn như trường hợp này bằng cách đánh giá phổ để xác định các đỉnh bất thường, không giải thích được. Kết luận về Phân tích Định tínhPhần mềm trên các máy phân tích XRF thường khá tin cậy trong việc xác định nguyên tố nào có trong mẫu, nhưng đôi khi có thể xảy ra dương tính giả hoặc âm tính giả. FALSE POSITIVE (Báo phát hiện khi không có)
FALSE NEGATIVES (Không phát hiện ra)
|