Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ huỳnh quang tia X (XRF)

XRF Quang phổ huỳnh quang tia X là gì?

XRF là công nghệ được dùng để phân tích nguyên tố của đa dạng các loại vật liệu bao gồm: kim loại, hợp kim, polyme, sứ, vật liệu địa chất, sản phẩm dầu mỏ, đất, sơn…vv Vậy XRF là gì?  Có những kỹ thuật XRF nào? Những nguyên tố nào có thể được phát hiện? Làm thế nào để phép phân tích chính xác và nhanh chóng? Cùng tìm giải pháp phù hợp cho nhu cầu phân tích của bạn.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy quang phổ XRF như thế nào?

XRF mô tả quá trình mà một số bức xạ năng lượng cao (ống tia X của máy XRF) kích thích các nguyên tử bằng cách bắn ra các electron từ các obitan trong cùng. Khi nguyên tử giãn ra, tức là khi các electron bên ngoài lấp đầy các lớp vỏ bên trong, bức xạ huỳnh quang tia X được phát ra, sau đó được phát hiện bởi đầu dò (detector). Tất cả điều này xảy ra mà không chạm vào hoặc làm hỏng mẫu.

Dưới đây mô tả từng bước cụ thể của quy trình:

Phác thảo quy trình huỳnh quang tia X (XRF)

Phác thảo quy trình huỳnh quang tia X (XRF)

  • Một chùm tia X sơ cấp năng lượng cao được phát ra từ ống tia X của máy phân tích XRF.
  • Chùm tia X năng lượng cao này tương tác với các nguyên tử trong mẫu hợp kim của bạn. Vì chùm tia X bắn ra có năng lượng cao hơn năng lượng liên kết các electron với quỹ đạo của chúng nên electron bị đẩy ra khỏi vỏ quỹ đạo bên trong của nguyên tử. (*) Các electron của một nguyên tử bị ràng buộc với các mức năng lượng cụ thể trên quỹ đạo của chúng. (**)Ngoài ra, khoảng cách vỏ quỹ đạo là duy nhất và đặc trưng cho mỗi nguyên tử. 
    • Ví dụ: một nguyên tử Fe (sắt) có khoảng cách khác nhau giữa các vỏ quỹ đạo của nó so với nguyên tử Cr (crom) và so với nguyên tử Ti (titan).
  • Khi các electron bị đánh bật ra khỏi quỹ đạo của chúng, nguyên tử trở nên không ổn định và cần phải lấp đầy chỗ trống đó ngay lập tức. Các electron từ quỹ đạo cao hơn sẽ di chuyển chúng xuống quỹ đạo thấp hơn để lấp đầy chỗ trống. Sự di chuyển của các electron này sẽ phát ra huỳnh quanh tia X.
    • Ví dụ: nếu một electron bị bật ra khỏi lớp vỏ K (lớp vỏ trong cùng gần hạt nhân nhất), một electron từ lớp vỏ L (lớp vỏ tiếp theo từ vỏ K) có thể di chuyển từ L đến K để lấp đầy vị trí trống đó và phát xạ chùm tia X đặc trưng tương ứng. Đây là huỳnh quang tia X.
  • Một lớp vỏ quỹ đạo càng xa hạt nhân của một nguyên tử thì càng cần nhiều năng lượng để để electron liên kết ở đó. Cần nhiều năng lượng hơn để liên kết một electron trong quỹ đạo của vỏ L so với liên kết của một electron trong quỹ đạo của vỏ K, bởi vì vỏ L nằm xa hạt nhân hơn. Vì thế, một electron di chuyển từ vỏ quỹ đạo cao ( ví dụ vỏ L) xuống vỏ quỹ đạo thấp gần hạt nhân hơn (ví dụ vỏ K) phải mất một phần năng lượng để bứt ra khỏi liên kết của chính nó (vỏ L).
  • Phần năng lượng bị mất cho thấy sự khác biệt về năng lượng giữa hai lớp vỏ. Sự khác biệt về năng lượng này được xác định bởi khoảng cách giữa các vỏ quỹ đạo là duy nhất cho mỗi nguyên tố (được đề cập tại (*) và (**)). Do đó, năng lượng bị mất là duy nhất tùy thuộc vào nguyên tố mà nó phát ra.
  • Năng lượng này sau đó được phát hiện bởi máy dò trong máy phân tích XRF.
  • Bởi vì lượng năng lượng bị mất trong quá trình huỳnh quang là duy nhất cho mỗi nguyên nên năng lượng huỳnh quang được phát hiện là dấu hiệu cho thấy các nguyên tố nào có trong mẫu hợp kim. Thành phần hợp kim được liệt kê sau đó được tham chiếu với thư viện hợp kim trên thiết bị, nơi chứa các thông số thành phần hóa học hoàn chỉnh cho hàng trăm hợp kim
 EDXRF và WDXRF khác nhau như thế nào?
  • Ngày nay, bất kỳ thiết bị XRF nào đều đi kèm với một ống tia X (X-ray tube) và một đầu dò (Detector. Các ống tia X có thể là ống công suất cao được làm mát bằng nước với công suất 4000 W hoặc ống 4 W nhỏ, cỡ ngón tay cái dành cho thiết bị di động.
  • Về mặt phát hiện photon, có hai công nghệ khác nhau: Năng lượng-Phân tán (EDXRF) hoặc Phân tán theo bước sóng (WDXRF). Mặc dù năng lượng E của một photon và bước sóng λ của nó hầu như có thể trao đổi (do quan hệ cố định E = (c ∙ h) / λ, với c là tốc độ ánh sáng và h là hằng số Planck) thì cách phân loại các photon đối với E hoặc λ là hoàn toàn khác nhau.
  • Máy quang phổ phân tán theo bước sóng WDXRF coi tia X là sóng và sử dụng một số cấu trúc thông thường (cách tử hoặc tinh thể) để gây ra các mẫu giao thoa cho phép độ phân giải quang phổ cao đáng kể.
  • Các máy dò phân tán năng lượng EDXRF coi tia X như các hạt. Chúng hoạt động giống như ném một quả bóng bowling (các photon) vào một hố bóng (máy dò) để xem có bao nhiêu quả bóng nhựa nhỏ (electron) được đẩy ra sau mỗi lần va chạm. Bóng bowling nặng hơn hoặc nhanh hơn (năng lượng cao hơn) sẽ khiến bóng nhựa bị đẩy ra nhiều hơn.
 Có bao nhiêu loại công nghệ XRF ?
  • Có nhiều kỹ thuật bắt nguồn từ XRF bao gồm:
    • TXRF là kỹ thuật rất nhạy
    • WDXRF là kỹ thuật rất chính xác
    • Micro-XRF / Macro-XRF dành cho các đồ vật có giá trị, tinh tế và không bị đụng chạm
    • Direct & Polarized EDXRF dành cho các vật liệu được sử dụng và có nguồn gốc từ các quy trình công nghiệp.
    • WDXRF cung cấp cho bạn nồng độ chính xác của tất cả các nguyên tố có trong mẫu
    • Micro-XRF cung cấp thông tin bao nhiêu nguyên tố trong mẫu (Micro-XRF).
    • Handheld-XRF là thiết bị cần tay dùng trong thí nghiệm
  XRF được ứng dụng trong lĩnh vực gì?
  • Ứng dụng phân tích môi trường trong các lĩnh vực: Giám sát quy trình và kiểm soát chất lượng trong khai thác mỏ, xi măng & vật liệu xây dựng, hóa dầu & polyme, thực phẩm & thức ăn gia súc, và sản xuất kim loại chỉ là một số ví dụ.
  • Thiết bị di động/ cầm tay đặc biệt hữu ích trong các chiến dịch thăm dò thực địa và phân loại kim loại phế liệu.
  • Ứng dụng trong nghệ thuật, bảo tồn & khảo cổ học và pháp y.
  • Sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm dịch vụ và các tổ chức chính phủ cũng như trong học thuật và nghiên cứu.

CÁC GIẢI PHẤP MÁY HUỲNH QUANG TIA X CÔNG TY VIỆT NGUYỄN PHÂN PHỐI HÃNG BRUKER NANO – Đức:

(1) Máy quang phổ huỳnh quang tia X TRACER 5 hãng Bruker NANO – Đức

(2) Máy quang phổ huỳnh quang tia X dòng S1 TITAN hãng Bruker NANO – Đức

(3) Máy quang phổ huỳnh quang tia X dòng CTX hãng Bruker NANO – Đức

Quý khách có nhu cầu tư vấn, vui lòng liên hệ:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI – DỊCH VỤ – KỸ THUẬT  VIỆT NGUYỄN
Địa chỉVPHCM: số N36, đường số 11, P. Tân Thới Nhất,  Q.12, Tp. Hồ Chí Minh

VPĐN: Số 10 Lỗ Giáng 5, phường Hòa Xuân, quận Cẩm Lệ, Tp. Đà Nẵng

VPHN: 138 Phúc Diễn, P. Xuân Phương, Q. Nam Từ Liêm, Tp. Hà Nội

HotlinePHÒNG MARKETING – TRUYỀN THÔNG:

  • 0817 663300 (Mr. Hiếu) – E: hieu@vietnguyenco.vn
  • 0825 6644 22 (Ms. Bình) – E: binh.nguyen@vietnguyenco.vn
Emailinfo@vietnguyenco.vn
Websitehttps://www.vietcalib.vnhttps://www.vietnguyenco.vn