XRF analyzátory: Principy, aplikace a výhody

Abstrakt: Tento článek rozebírá princip fungování XRF analyzátorů (energiově disperzních rentgenových fluorescenčních spektrometrů), které zahrnují analýzu vlnové délky a intenzity charakteristického rentgenového záření emitovaného testovanými vzorky. Určuje prvky obsažené ve vzorku na základě rozdílů ve vlnové délce charakteristického rentgenového záření různých prvků a měří obsah prvků ve vzorku porovnáním intenzity spektrálních čar různých prvků. Vzhledem k... LISUN EDX-2A XRF analyzátor Jako příklad tento článek představuje vlastnosti produktu, specifikace a také jeho aplikace v testování RoHS, elementární analýze a měření tloušťky povlaků. Také se zabývá výhodami a vlastnostmi tohoto přístroje v různých aplikačních oblastech a demonstruje důležité postavení a široké aplikační perspektivy rentgenových fluorescenčních analyzátorů v moderním analytickém testování.

1. Úvod
V mnoha oblastech, jako je analýza materiálů, monitorování životního prostředí a bezpečnost potravin, má přesné stanovení typů a obsahu prvků v látkách zásadní význam. XRF analyzátory (energiově disperzní rentgenové fluorescenční spektrometry) jako pokročilé analytické přístroje se díky svým jedinečným pracovním principům a vynikajícímu výkonu staly výkonnými nástroji pro elementární analýzu. Dokážou provádět rychlou, přesnou a nedestruktivní elementární analýzu různých vzorků a poskytovat klíčová data pro vědecký výzkum, výrobu a kontrolu kvality. Tento článek se bude podrobně zabývat principy, aplikacemi a výhodami XRF analyzátorů s podrobným rozpracováním založeným na specifických podmínkách daného prostředí. LISUN EDX-2A XRF analyzátor.

2. Princip fungování rentgenových fluorescenčních analyzátorů
2.1 Základní princip
Když je vzorek ozářený vysoce intenzivním rentgenovým zářením emitovaným z rentgenové trubice, atomy prvků ve vzorku absorbují určité množství energie, což způsobuje přechod elektronů uvnitř atomů z nízkých energetických hladin na vysoké energetické hladiny a vznikají excitované atomy. Excitované atomy jsou nestabilní a spontánně přecházejí zpět z vysokých energetických hladin na nízké energetické hladiny během extrémně krátké doby (přibližně 10⁻¹² – 10⁻¹⁴ sekund), což je proces známý jako relaxační proces. Během relaxačního procesu, pokud vnější elektrony přecházejí do vnitřních elektronových děr, uvolněná energie je emitována ve formě záření a generuje rentgenovou fluorescenci. Vzhledem k rozdílům v atomových strukturách různých prvků se liší i rozdíly v jejich energetických hladinách. Proto je energie nebo vlnová délka generované rentgenové fluorescence charakteristická a vykazuje naprostou shodu s prvky. Například po vyvržení elektronu z K-slupky může být jeho díra zaplněna jakýmkoli elektronem z vnější slupky, čímž vzniká řada spektrálních čar. Rentgenové záření vyzařované při přechodu elektronu z L-slupky do K-slupky se nazývá Kα záření a rentgenové záření vyzařované při přechodu elektronu z M-slupky do K-slupky se nazývá Kβ záření atd. H. G. Moseley zjistil, že vlnová délka λ fluorescenčního rentgenového záření a atomové číslo Z prvků splňují Moseleyho zákon: λ = K (Z – s)⁻², kde K a S jsou konstanty. Pokud se změří vlnová délka fluorescenčního rentgenového záření, lze určit typ prvku, což slouží jako základ pro kvalitativní analýzu fluorescenčního rentgenového záření.

Intenzita fluorescenčního rentgenového záření má zároveň určitý vztah k obsahu odpovídajícího prvku. Ve vzorku obsahujícím určitý prvek se po jednorázovém ozáření rentgenovým zářením intenzita fluorescenčního rentgenového záření daného prvku mění s jeho obsahem – čím vyšší je obsah prvku, tím silnější je intenzita fluorescenčního rentgenového záření. Předběžným měřením intenzity fluorescenčního rentgenového záření vzorků se známými koncentracemi a stanovením odpovídajícího vztahu mezi intenzitou a koncentrací lze odvodit obsah prvku v neznámých vzorcích, což umožňuje kvantitativní analýzu prvků.

2.2 Pracovní postup s nástrojem
XRF analyzátory používají pevný energeticky disperzní polovodičový detektor k simultánnímu měření specifických signálů všech prvků. Když charakteristické rentgenové fotony vstoupí do křemíkového detektoru s lithiovým driftem (běžně používaný EDX detektor), ionizují atomy křemíku a generují určitý počet elektron-děrových párů, jejichž množství je úměrné energii fotonů. K sběru těchto elektron-děrových párů se používá předpětí, které se poté pomocí řady převodníků převádějí na napěťové impulsy a přivádějí do vícepulzního analyzátoru výšky. Analyzátor počítá počet impulsů v každém energetickém pásmu energetického spektra. Naměřené spektrum se zpracovává ve vícekanálovém analyzátoru za účelem stanovení intenzity spektrálního signálu a intenzita vyzařování signálu každého prvku je úměrná koncentraci daného prvku ve vzorku. Nakonec se signál použije k výpočtu koncentrace prvků ve vzorku pomocí metod, jako je empirická kalibrační metoda. Celý proces lze shrnout následovně: rentgenové záření excituje vzorek a generuje fluorescenční rentgenové záření, detektor přijímá a převádí signály a vícekanálový analyzátor signály zpracovává a vypočítává koncentraci prvků.

3. Úvod do LISUN EDX-2A XRF analyzátor
3.1 Přehled produktu
Jedno LISUN EDX-2A XRF analyzátor je vysoce výkonný analytický přístroj, který je na trhu již více než 10 let a získal si dobrou pověst. Řada EDX-2, do které tento přístroj patří, má více funkcí – jeden přístroj může současně fungovat jako RoHS tester (EDXRF), elementární analyzátor kovů a tloušťkoměr povlaků.

Zkušební zařízení RoHS EDX-2A

3.2 Specifikace
Hlavní specifikace LISUN EDX-2A XRF analyzátor je uveden v tabulce níže:

4. Oblasti použití rentgenových fluorescenčních analyzátorů
4.1 Testování RoHS
V elektronickém a elektrotechnickém průmyslu ukládá směrnice RoHS přísná omezení obsahu nebezpečných látek, jako je olovo (Pb), rtuť (Hg), kadmium (Cd), chrom (Cr) a brom (Br), ve výrobcích. Analyzátory XRF, jako například několik modelů v LISUN EDX-2A série (EDX-2A, EDX-2AB, EDX-2AC, EDX-2ABC, EDX-2T) lze použít pro testování elektronických a elektrických výrobků, součástek, plastů a plastových dílů podle směrnice RoHS 1.0. Prostřednictvím rychlého a nedestruktivního testování vzorků mohou přesně určit, zda obsah nebezpečných látek ve výrobcích splňuje požadavky směrnice RoHS, což poskytuje důležitý základ pro kontrolu kvality výrobků v podniku a přístup na trh. Například v podniku vyrábějícím elektronické součástky… LISUN EDX-2A XRF analyzátor se používá k provádění testů RoHS na surovinách a hotových výrobcích. To umožňuje včasnou detekci a eliminaci produktů, které mohou obsahovat nadměrné množství nebezpečných látek, a efektivně tak předcházet riziku stažení z trhu v důsledku neshodných produktů.

4.2 Elementární analýza
Analýza slitin: V odvětvích, jako je zpracování kovů a výroba strojů, je pro zajištění kvality a výkonu produktu nutná přesná analýza složení slitin. Analyzátory XRF modelů, jako jsou LISUN EDX-2AB, EDX-2ABC a EDX-2T dokáží provádět analýzu slitin všech prvků v periodické tabulce od síry (16-S) po uran (92-U) (některé modely dokáží zahrnout prvky od sodíku (11-Na) po uran (92-U)), včetně železa, mědi, nerezové oceli, zlata, platiny atd. Analýzou obsahu každého prvku ve slitině lze určit jakost slitiny a vyhodnotit její kvalitu, aby se zjistilo, zda splňuje standardní požadavky. Například během výroby oceli se pro elementární analýzu roztavené oceli v peci v reálném čase používají analyzátory XRF. Na základě výsledků analýzy se včas upravuje množství přidávaných legujících prvků, aby se zajistila stabilita kvality oceli.
Analýza drahých kovů: V klenotnickém průmyslu je klíčové přesné stanovení čistoty a obsahu drahých kovů (jako je zlato, stříbro, platina atd.). XRF analyzátory mohou provádět nedestruktivní testování šperků z drahých kovů, rychle poskytují informace o obsahu různých prvků a pomáhají obchodníkům i spotřebitelům identifikovat pravost a čistotu drahých kovů. Například instituce pro oceňování šperků používá XRF analyzátor k testování šarže zlatých šperků. Analýzou obsahu zlata a dalších nečistot ve špercích přesně určuje úroveň čistoty šperků a poskytuje spravedlivý a přesný výsledek ocenění pro tržní transakce.

Další elementární analýza: V odvětvích, jako je petrochemie, farmaceutický průmysl a potravinářství, lze rentgenové fluorescenční analyzátory použít také k analýze různých prvků v surovinách a produktech. V petrochemickém průmyslu mohou analyzovat obsah síry v oleji a obsah různých aditiv a směsných prvků v mazacím oleji. Ve farmaceutické oblasti je lze použít pro analýzu zbytkových katalyzátorů během syntézy, analýzu nečistot ve sypkých léčivech a analýzu cizích látek. V potravinářském průmyslu mohou provádět elementární analýzu půdy, hnojiv, rostlin a potravinářských surovin za účelem sledování hospodaření s aditivními prvky a rozpuštěnými cizími látkami. Například v podniku zabývajícím se výrobou potravin se rentgenové fluorescenční analyzátory používají k testování těžkých kovů v potravinářských surovinách, aby se zajistila bezpečnost potravin a zabránilo se poškození zdraví spotřebitelů způsobenému nadměrným obsahem těžkých kovů v surovinách.

4.3 Měření tloušťky povlaku
V odvětvích, jako je elektronika, automobilový průmysl a strojírenství, je často nutné přesně měřit tloušťku povlaků na povrchu výrobků, aby byla zajištěna ochranná účinnost a kvalita vzhledu výrobků. XRF analyzátory modelů, jako například LISUN EDX-2AC, EDX-2ABC a EDX-2T mají funkci měření tloušťky povlaku. Dokážou analyzovat prvky v povlaku a vypočítat tloušťku povlaku pomocí specifických algoritmů. Například v procesu galvanického pokovování pouzder elektronických zařízení se analyzátory XRF používají k monitorování tloušťky povlaku v reálném čase, čímž se zajišťuje, že tloušťka povlaku je rovnoměrná a splňuje konstrukční požadavky, čímž se zlepšuje odolnost proti korozi a estetika výrobku.

5. Výhody rentgenových fluorescenčních analyzátorů
5.1 Rychlá analýza
XRF analyzátory dokáží současně stanovit téměř všechny prvky ve vzorku, aniž by bylo nutné testovat prvky jeden po druhém, jako je tomu u tradičních analytických metod. Například při analýze vzorku složité slitiny může tradičním metodám chemické analýzy trvat hodiny nebo dokonce dny, než dokončí stanovení více prvků, zatímco XRF analyzátory dokáží provést kvalitativní a kvantitativní analýzu více prvků ve vzorku během několika minut. To výrazně zkracuje dobu analýzy a zvyšuje efektivitu práce.

5.2 Nedestruktivní testování
Tento přístroj během analýzy nepoškozuje vzorek, což je obzvláště důležité pro aplikace zahrnující vzácné vzorky, kulturní památky nebo vzorky s přísnými požadavky na integritu. Například v archeologii mohou rentgenové fluorescenční analyzátory při provádění elementární analýzy starověkých kulturních památek získat informace o elementárním složení kulturních památek, aniž by je poškodily, což poskytuje důležité vodítka pro studium výrobního procesu a původu kulturních památek.

5.3 Současná detekce více prvků
Dokážou detekovat více prvků ve vzorku současně, čímž se zabrání chybám, které mohou vzniknout v důsledku opakovaného testování různých prvků, a umožní komplexní analýzu vzájemných vztahů mezi prvky. V oblasti monitorování životního prostředí mohou analyzátory XRF při testování vzorků půdy současně detekovat těžké kovy (jako je olovo, kadmium, rtuť atd.) a živiny (jako je dusík, fosfor, draslík atd.) v půdě, což poskytuje bohatá data pro komplexní hodnocení kvality půdy.

5.4 Snadná obsluha
Přístroj je vybaven automatizovaným systémem pro kontrolu a testování a uživatelsky přívětivým analytickým softwarem. Obsluha přístroje si po jednoduchém zaškolení dokonale osvojí metodu jeho obsluhy. Ve srovnání s některými tradičními analytickými přístroji, jako jsou velké spektrometry, které vyžadují složité operace a odborné znalosti, analyzátory XRF snižují profesionální požadavky na obsluhu, což umožňuje více laboratořím a podnikům snadněji provádět elementární analýzy.

5.5 Široký rozsah použití
Mohou analyzovat různé typy vzorků, jako jsou pevné látky, kapaliny a prášky. Ať už se jedná o výzkum nových materiálů ve vědecké oblasti, kontrolu kvality surovin a produktů v průmyslové výrobě nebo testování různých vzorků v oblastech, jako je monitorování životního prostředí a bezpečnost potravin, analyzátory XRF mohou hrát důležitou roli.

6. Závěr
XRF analyzátory prokazují výkonné funkce a výhody v oblasti elementární analýzy, které se opírají o jejich jedinečné pracovní principy. Reprezentované LISUN EDX-2A XRF analyzátory, produkty XRF analyzátorů se nejen vyznačují vysokým rozlišením, snadnou obsluhou a spolehlivostí, ale hrají také klíčovou roli v mnoha aplikačních oblastech, jako je testování RoHS, elementární analýza a měření tloušťky povlaků. S neustálým pokrokem vědy a techniky se bude výkon XRF analyzátorů nadále zlepšovat a rozsah jejich použití se bude dále rozšiřovat. Poskytnou silnější podporu rozvoji mnoha oblastí, jako jsou materiálové vědy, environmentální vědy a biologické vědy, a zaujmou stále důležitější místo v moderním analytickém testování.