Что такое рентгенофлуоресцентный (РФА) анализатор?

Что такое рентгенофлуоресцентный (РФА) анализатор?

Рентгенофлуоресцентный (РФА) анализатор — это устройство, которое анализирует содержание элемента по его спектру рентгеновской флуоресценции при облучении объекта рентгеновскими лучами.

Рентгенофлуоресцентные анализаторы (РФА) используются для качественного и количественного анализа веществ и используются в качестве метода анализа состава веществ, поскольку их можно исследовать за короткое время, не разрушая образец.

Рентгенофлуоресцентный анализатор (РФА) является высоконадежным контрольным устройством, поскольку он может измерять как твердые вещества, так и жидкости и имеет относительно высокую чувствительность в качестве метода качественного анализа.

Применение рентгенофлуоресцентного анализатора (РФА)

Анализаторы рентгеновской флуоресценции (XRF) могут выполнять качественный и количественный анализ образцов, как твердых, так и жидких, неразрушающим способом. Они особенно используются для определения наличия и содержания токсичных металлов в сплавах и почве.

Например, рентгеновский анализ эффективен при исследовании состава материалов неизвестного состава, таких как камни и метеориты. В последнее время печатная проводка делается безгалогеновой с точки зрения сохранения окружающей среды и безопасности, и для обеспечения этого используется рентгенофлуоресцентный (XRF) анализатор. Другие приложения включают качественное и количественное определение опасных химических веществ и тестирование на вещества, указанные в директиве RoHS. Также доступны портативные приборы, которые можно легко транспортировать, и их применение расширяется.

Принцип работы рентгенофлуоресцентного (РФА) анализатора

Рисунок 1. (a) Генерация рентгеновской флуоресценции (b) Структура рентгеновского анализатора

Анализаторы рентгеновской флуоресценции (XRF) измеряют длину волны (или энергию) и интенсивность флуоресцентных рентгеновских лучей, испускаемых при облучении объекта рентгеновскими лучами.

Когда материал облучается рентгеновскими лучами, его атомы поглощают энергию и возбуждаются, испуская рентгеновскую флуоресценцию. Поскольку длина волны (или энергия) рентгеновской флуоресценции уникальна для каждого элемента, можно определить тип вещества по длине волны обнаруженного спектра рентгеновской флуоресценции и количественно определить его по его интенсивности.

Анализатор рентгеновской флуоресценции (XRF) состоит из источника рентгеновского излучения, который генерирует рентгеновские лучи, камеры для образца, в которой находится образец, и блока детектирования, который спектрирует и обнаруживает сгенерированные рентгеновские лучи.

В источнике рентгеновского излучения электронные пучки, генерируемые путем подачи высокого напряжения, облучают мишень, например вольфрам, для генерации рентгеновских лучей. Сгенерированные рентгеновские лучи облучают верхнюю или нижнюю поверхность образца. В это время атмосфера в камере для образца может быть выбрана из атмосферы, азота, вакуума и других атмосфер.

Анализаторы рентгеновской флуоресценции (XRF), оснащенные режимом наблюдения за образцом, позволяют пользователю выбирать положение облучения во время наблюдения за образцом. Элементарные рентгеновские лучи, испускаемые образцом, обнаруживаются детектором для качественного анализа. При количественном анализе измеряется интенсивность рентгеновской флуоресценции и определяется скорость содержания с помощью калибровочной кривой или метода фундаментальных параметров (метод FP).

Существует два типа спектроскопии и методов обнаружения рентгеновского флуоресцентного анализатора (РФА): дисперсионный по длине волны и дисперсионный по энергии.

1. Энергодисперсионный рентгеновский флуоресцентный анализатор (РФА)

Рисунок 2. Изображение измерения энергодисперсионного рентгеновского анализатора

Энергодисперсионный рентгеновский флуоресцентный анализатор (ED-XRF или EDX, EDS) — это метод, который измеряет интенсивность рентгеновской флуоресценции по отношению к ее энергии.

В частности, рентгеновская флуоресценция, падающая на детектор, преобразуется в импульсный ток полупроводником в детекторе, усиливается, и высота волны измеряется по текущему значению одного импульса. Поскольку энергия падающих рентгеновских лучей пропорциональна текущему значению, получается график интенсивности флуоресцентных рентгеновских лучей в зависимости от их энергии.

2. Волнодисперсионный рентгеновский флуоресцентный анализатор (Xrf)

Рисунок 3. Изображение измерения рентгеновского анализатора с дисперсией по длине волны

Анализатор рентгеновской флуоресценции с дисперсией по длине волны (WD-XRF, WDX или WDS) измеряет интенсивность флуоресцентных рентгеновских лучей по отношению к их длине волны.

В дисперсионном типе рентгеновские лучи, испускаемые образцом, спектрально расщепляются кристаллом-монохроматором и измеряются детектором. Флуоресцентные рентгеновские лучи, падающие на спектроскопический кристалл, сильно рассеиваются в определенном направлении в соответствии с условием дифракции Брэгга.

Условие дифракции Брэгга — это закон, который гласит, что когда свет с длиной волны λ, падающий на материал с периодом решетки d, сильно рассеивается в направлении угла дифракции 2θ, что удовлетворяет условию 2dsinθ=nλ (θ: угол Брэгга n: целое число). Другими словами, поскольку расстояние между гранями d кристалла монохроматора фиксировано, то при расположении детектора в направлении угла дифракции 2θ регистрируются только рентгеновские лучи одной длины волны, даже если падают рентгеновские лучи разных длин волн. Вращая детектор и измеряя флуоресцентные рентгеновские лучи под большим углом, можно получить график интенсивности флуоресцентных рентгеновских лучей в зависимости от их длины волны.

Другая информация о рентгеновском флуоресцентном (XRF) анализаторе

Особенности энергодисперсионного и волнодисперсионного типов

Методы обнаружения с дисперсией энергии и дисперсией длины волны имеют свои собственные характеристики и должны выбираться в соответствии с областью применения.

1. Энергодисперсионный тип

Энергодисперсионный тип не требует спектроскопии, а полупроводниковый детектор может напрямую анализировать длину волны рентгеновской флуоресценции, что позволяет уменьшить размер детектора. Кроме того, поскольку несколько типов элементного анализа могут быть выполнены одновременно без необходимости в спектроскопии, измерения могут быть выполнены за короткое время. Поскольку измерение может быть выполнено независимо от формы или неровности образца, его иногда используют в сочетании с электронными микроскопами.

С другой стороны, есть некоторые недостатки: разрешение, как правило, низкое, поскольку пики полученного спектра иногда перекрываются, и трудно обнаружить элементы, которые содержатся только в следовых количествах в объекте измерения.

2. Тип с дисперсией по длине волны

В типе с дисперсией по длине волны флуоресцентные рентгеновские лучи спектрально расщепляются спектроскопическим кристаллом и измеряются детектором. Поскольку рентгеновские лучи спектроскопически разделены по длинам волн, соседние пики могут быть легко разделены, а чувствительность и разрешение, как правило, высоки.

С другой стороны, сама система, как правило, большая и дорогая из-за сложной системы спектрометра. Кроме того, измерение занимает больше времени, чем у энергодисперсионного типа, поскольку угол дифракции варьируется, а поверхность образца должна быть гладкой.