اسپکترومتر XRF دستگاهی تجزیه ای برای انواع مواد با پایه فلزی است. روشی غیرمخرب است که با استفاده از آن اطلاعات عنصری کیفی و کمّی از نمونه فلزی مورد تجزیه حاصل می شود. در دستگاههای فلوئورسانس اشعه ایکس (XRF)، نمونه با منبع اولیه اشعه ایکس برانگیخته شده و سپس، اشعه ایکس فلورسانس شده توسط نمونه اندازه گیری می شود.
تابش فلورسانس ساطع شده از هر ترکیب موجود در نمونه، به عنصر موجود در آن ترکیب ارتباط داشته و ویژه آن عنصر است. بنابراین، اسپکترومترهای فلوئورسانس اشعه ایکس (XRF) دستگاهی مطمئن برای تعیین عناصر موجود در نمونه، در آزمایشگاه‌های صنعتی، پژوهشی و توسعه ای است.
اگرچه XRF جزء روش‌های طیف‌سنجی اتمی قرار دارد، ولی، توانایی تعیین تقریباً تمام عناصر جدول تناوبی در گستره حدتشخیص ۱ الی ۱۰ میلیگرم بر کیلوگرم (۱-۱۰ ppm) را دارد.
اسپکترومتر XRF چگونه کار می کند؟
دستگاه XRF از یک منبع اشعه ایکس و آشکارساز اشعه ایکس تشکیل شده است. اشعه ایکس اولیه تولید شده توسط منبع اشعه ایکس، بر روی نمونه تابیده شده و ممکن است به منظور اصلاح آن از فیلترهایی نیز عبور کند. با برخورد اشعه ایکس فرودی به اتم‌های موجود در نمونه، این اتمها برانگیخته شده و پرتوهای ایکس ثانویه ایجاد می شود. پرتوهای ایکس ثانویه که همان فلوئورسانس اشعه ایکس است به آشکارساز رسیده و در آنجا پردازش می‌شوند تا طیف پرتو ایکس، به صورت نمودار شدت پیکها برحسب انرژی آنها تولید شود. موقعیت هر پیک در طیف، به نوع عنصر و شدت هر پیک به مقدار عنصر موجود در نمونه بستگی دارد.
الکترونها در یک اتم پایدار ترازهای انرژی متفاوتی را اشغال کرده و هر تراز انرژی با تعداد معینی الکترون پر شده است. هنگامی که پرتو ایکس اولیه پرانرژی با یک اتم برخورد می کند، تعادل آن تحت تأثیر قرار گرفته و باعث انتقال الکترون از تراز انرژی پایین به تراز انرژی بالا شده یک جای خالی ایجاد می کند. در نتیجه، این اتمها ناپایدار و برانگیخته می شوند. پایداری اتمها با تحریک زدایی الکترون از تراز انرژی بالاتر به جای خالی دوباره برقرار شده و انرژی تحریک‌زدایی به شکل پرتوهای ایکس ثانویه یا فلوئورسانس اشعه ایکس، ساطع می‌شود.
نقش XRF در مصنوعات فلزی موزه
مصنوعات موزه عمدتاً از آلیاژهای طلا و نقره تشکیل شده است. تعیین ترکیب شیمیایی این آلیاژها برای گروه بندی یا طبقه بندی اولیه اشیاء مورد تجزیه و تحلیل، علاوه بر ویژگی های باستان شناسی آنها، حیاتی است. این گروه‌های مختلف ممکن است تکنیک‌های تولید متمایز را نشان دهند و می‌توانند به پرسش‌های مربوط به اصالت کمک کنند.
فلوئورسانس اشعه ایکس (XRF) برای آنالیز فلزات، به منظور تطبیق با استانداردهای ایمنی فلزات
در بسیاری از صنایع، کیفیت و ایمنی فلزات مورد استفاده در ساخت تجهیزات کارخانجات و کالاهای مصرفی از اهمیت زیادی برخوردار است. برای اطمینان از رعایت استانداردهای ایمنی دقیق این مواد، انجام یک آنالیز کامل از آرایش عنصری آنها ضروری است. در میان روش‌های آنالیز متعدد موجود، فلورسانس اشعه ایکس (XRF) رویکردی حیاتی برای ارزیابی ایمنی فلزات است. در این مقاله به نقش XRF و کاربرد آن برای آنالیز فلزات پرداخته شده است.
نقش XRF در آنالیز مصنوعات فلزی موزه
مصنوعات موجود در موزه ها عمدتاً از آلیاژهای طلا و نقره تشکیل شده است. تعیین ترکیب شیمیایی این آلیاژها برای گروه بندی یا طبقه بندی اولیه این اشیاء و همچنین، ویژگیهای باستان شناسی آنها، حیاتی است. نتایج آنالیز با XRF امکانات گسترده ای برای درک متالورژی اشیای باستانی، به ویژه از نظر خوردگی و اثرات آن بر مواد ارائه می دهد. خوردگی می تواند ترکیب یک آلیاژ را تغییر داده و ناهمواری روی سطح آن یا درون ماده ایجاد کند. ساختار لایه خورده شده به عوامل مختلفی از جمله ترکیب آلیاژ، شرایط نگهداری و تیمارهای قبلی بستگی دارد. این لایه می تواند از نظر ضخامت متفاوت باشد و از ترکیبات مختلف، عمدتاً اکسیدها و کربناتها تشکیل شده است. برای انجام آنالیز میکرو XRF، الزامات خاصی، از جمله توانایی آشکارسازی عناصر با عدد اتمی کم، مانند فسفر (P)، گوگرد (S) و کلر (Cl)، و عناصر با عدد اتمی متوسط، مانند مانند نقره (Ag)، قلع (Sn) و آنتیموان (Sb) باید مد نظر باشد.
References and Further Reading
- Bonizzoni, L., Maloni, A., Milazzo, M. (2006). Evaluation of effects of irregular shape on quantitative XRF analysis of metal objects. X‐Ray Spectrometry, 35(6), 390-399. https://doi.org/10.1002/xrs.926
- Karydas, A. G. (2007). Application of a portable XRF spectrometer for the non‐invasive analysis of museum metal artifacts. Annali di Chimica: Journal of Analytical, Environmental and Cultural Heritage Chemistry, 97(7), 419-432. https://doi.org/10.1002/adic.200790028
- Jurowski, K. (2023). The toxicological assessment of hazardous elements (Pb, Cd and Hg) in low-cost jewelry for adults from Chinese E-commerce platforms: In situ analysis by portable X-ray fluorescence measurement. Journal of Hazardous Materials, 460, 132167. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132167
- Xu, S., Haddad, D., Balogh, M. P. (2023). X-ray fluorescence for lithium metal anode quality inspection. Manufacturing Letters, 35, 1-5. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2022.10.00