Nguyên lý hoạt động của XRF

Khi lựa chọn mua một thiết bị phân tích XRF, có nhiều yếu tố cần được xem xét chi tiết và nhiều câu hỏi mà bạn có thể có. XRF là gì? XRF làm được gì? Có thể phân tích những nguyên tố nào? XRF có chính xác tới mức nào? Bạn sẽ tìm thấy một số câu trả lời hữu ích trong bài viết này.

Cách hoạt động của XRF cầm tay: Hướng dẫn từng bước

XRF là từ viết tắt của Huỳnh quang tia x, một quá trình theo đó các điện tử bị dịch chuyển khỏi vị trí quỹ đạo nguyên tử của chúng, giải phóng một luồng năng lượng đặc trưng cho một nguyên tố cụ thể. Sự giải phóng năng lượng này sau đó được cảm biến ghi lại trong thiết bị XRF, từ đó phân loại năng lượng theo nguyên tố. Giải thích chi tiết hơn về quy trình phân tích:

Một chùm tia X có năng lượng đủ để tác động đến các electron ở lớp vỏ bên trong của các nguyên tử trong mẫu được tạo ra bởi một ống tia X bên trong máy phân tích cầm tay. Chùm tia x sau đó được phát ra từ đầu trước của máy phân tích XRF cầm tay.

Sau đó, chùm tia X tương tác với các nguyên tử trong mẫu bằng cách dịch chuyển các electron từ các vỏ quỹ đạo bên trong của nguyên tử. Sự dịch chuyển này xảy ra do sự khác biệt về năng lượng giữa chùm tia X sơ cấp phát ra từ máy phân tích và năng lượng liên kết giữ các electron trong quỹ đạo thích hợp của chúng; sự dịch chuyển xảy ra khi năng lượng chùm tia x cao hơn năng lượng liên kết của các electron mà nó tương tác. Các electron được cố định ở các mức năng lượng cụ thể ở các vị trí của chúng trong nguyên tử, và điều này xác định quỹ đạo electron. Ngoài ra, khoảng cách giữa các vỏ quỹ đạo của nguyên tử là đặc trưng và duy nhất đối với các nguyên tử của mỗi nguyên tố, vì vậy nguyên tử kali (K) có khoảng cách giữa các vỏ electron khác với nguyên tử vàng (Au) hoặc bạc (Ag), vân vân.

Khi các electron bị bật ra khỏi quỹ đạo của chúng, chúng sẽ để lại những khoảng trống, làm cho nguyên tử không ổn định. Nguyên tử phải ngay lập tức sửa chữa sự mất ổn định bằng cách lấp đầy những chỗ trống mà các electron đã dịch chuyển để lại. Những chỗ trống đó có thể được lấp đầy từ quỹ đạo cao hơn di chuyển xuống quỹ đạo thấp hơn nơi có chỗ trống. Ví dụ, nếu một điện tử bị dịch chuyển khỏi lớp vỏ trong cùng của nguyên tử (gần hạt nhân nhất), thì một điện tử từ lớp vỏ tiếp theo có thể di chuyển xuống để lấp chỗ trống. Đây là hiện tượng huỳnh quang.

Các electron có năng lượng liên kết càng cao thì càng xa hạt nhân của nguyên tử. Do đó, một điện tử mất một số năng lượng khi nó rơi từ lớp vỏ điện tử cao hơn sang lớp vỏ điện tử gần hạt nhân hơn. Phần năng lượng bị mất đi tương đương với sự chênh lệch năng lượng giữa hai lớp vỏ electron, được xác định bởi khoảng cách giữa chúng. Khoảng cách giữa hai vỏ quỹ đạo là duy nhất cho mỗi nguyên tố, như đã đề cập ở trên.

Năng lượng bị mất có thể được sử dụng để xác định nguyên tố đã phát ra, bởi vì lượng năng lượng bị mất trong quá trình huỳnh quang là đặc trưng cho mỗi nguyên tố. Để xác định định lượng của từng nguyên tố có mặt trong mẫu thử, tỷ lệ các mức năng lượng riêng lẻ xuất hiện có thể được tính toán bằng thiết bị hoặc bằng phần mềm và đưa ra kết quả.

Toàn bộ quá trình huỳnh quang xảy ra trong khoảng thời gian ngắn. Phép đo sử dụng quy trình này và súng XRF cầm tay hiện đại có thể được thực hiện trong thời gian vài giây. Thời gian thực tế cần thiết cho một phép đo sẽ phụ thuộc vào bản chất của mẫu và độ chính xác cần thiết. Mức chính xác phần trăm sẽ mất vài giây trong khi mức phần triệu sẽ có thể mất vài phút.