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

Trong ngành công nghiệp hiện nay, có rất nhiều kỹ thuật phân tích nguyên tố được sử dụng để kiểm soát chất lượng và quá trình sản xuất như ICP, ICP-OES, AAS, ICP-MS và XRF. Và trong bài viết ngày hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau đi tìm hiểu chi tiết 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 ứng dụng trong kiểm soát chất lượng và quá trình sản xuất công nghiệp.

Nguyên tắc của XRF là khi các nguyên tử riêng lẻ được kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài, 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 phần tử có mặt trong mẫu đó có thể được xác định và định lượng cụ thể, chính xác.

Lịch sử hình thành, phát triển của XRF

Dựa trên những phát hiện của Röentgen về tia X - bức xạ năng lượng cao, Henry Moseley đã chế tạo một ống phát tia X dung electron năng lượng cao để bắn phá các mẫu. Ông đã phát hiện ra mối quan hệ toán học giữa nguyên tố, bước sóng mà tia X phát ra 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 đến năm 1928, Glocker và Schreiber là những người đầu tiên đã thực hiện phương pháp phân tích định lượng vật liệu bằng XRF.

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

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp XRF

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

Bức xạ phát ra từ vật liệu mẫu

Khi chiếu một chùm e năng lượng cao vào một vật liệu sẽ xảy ra 2 quá trình:

- Sự phát xạ của các photon có phổ năng lượng rộng sẽ xảy ra. Bức xạ này được gọi là bremsstrahlung chính là kết quả của sự suy giảm vận tốc của các e bên trong vật liệu. Tính liên tục của bremsstrahlung được minh họa như là một hàm của điện áp gia tốc e khi sử dụng bia molypden.

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

Từ 2 quá trình trên mà chúng ta có thể xác định được nguyên tố và quá trình chuyển đổi điện tử cụ thể 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 các vật liệu dựa tín hiệu và cường độ huỳnh quang phát ra từ vật liệu mẫu sau khi chiếu tia X vào nó.

Máy quang phổ huỳnh quang tia X 

Máy quang phổ huỳnh quang tia X có 2 loại, bao gồm loại tán xạ năng lượng tia X (EDX) và loại tán xạ bước sóng X (WDX)

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

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

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

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

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

- XRF có rất nhạy với các nguyên tố kim loại, nhất là các nguyên tố từ nhôm (Al) đến uranium (U). Thông qua phân tích độ dày của lớp mạ của vật liệu, XRF là một công nghệ đặc biệt hữu ích, có thể dùng cho bất kỳ lớp mạ kim loại nào, từ một lớp tới nhiều lớp, mạ kim loại hay phi kim. Với các nhu cầu phân tích để xác định thành phần hợp kim, XRF có thể xác định được thành phần % của các nguyên tố cấu thành nên loại hợp kim đó, xem chúng thuộc loại vật liệu nào.

Đo độ dày lớp mạ bằng máy XRF

- Xác định được các ion kim loại có trong bể mạ, từ đó kiểm soát quá trình mạ một cách chính xác, hiệu quả.

- Các phép đo bởi máy XRF có thể được 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 phải pha loãng hoặc nghiền nhỏ. Vì vậy mà chất thải hóa học sẽ không cần phải xử lý.

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

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

Hy vọng rằng, với những thông tin mà chúng tôi đưa ra ở trên, các bạn đã có thêm những kiến thức hữu ích về phương pháp XRF là gì. Và đừng quên, truy cập website labvietchem.com.vn để xem thêm nhiều bài viết hay hơn nữa nhé. 

 Xem thêm:

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