مضان الأشعة السينية (XRF)هي تقنية تحليل كيميائي شائعة الاستخدام.أدوات XRFاستخدام الأشعة السينية ل"تثير"مادة من أجل توصيف تركيبها من خلال تحديد العناصر الموجودة في العينة (التحليل النوعي) أو من خلال تحديد قوة عنصر ما في العينة(تحليل كمي).

1. التحليل الطيفي للأشعة السينية

لقد ذكرنا أن الأشعة السينية هي مصدر الإثارة في أجهزة XRF، ولكن في تعريفنا، ليس هذا هو الغرض الأساسي منها. الأشعة السينية المميزة هي نتيجة ثانوية لعملية الإثارة. ولهذا نحتاج إلى القليل من المعرفة العلمية. الأشعة السينية هي مجموعة فرعية من الطيف الكهرومغناطيسي، الذي يغطي كل شيء من موجات الراديو إلى الضوء المرئي إلىالأشعة السينيةوأشعة جاما. تتكون جميع المواد من ذرات، ويتم تمثيل الذرات المختلفة كعناصر مختلفة في الجدول الدوري.

تتكون الذرات من جسيمات دون ذرية، بما في ذلك النيوترونات والبروتونات والإلكترونات. البروتونات والإلكترونات مشحونة، بينما النيوترونات مشحونة"حيادي."باعتبارها العمود الفقري الحقيقي للكيمياء، ترتبط الإلكترونات بالذرات بواسطة شحنة البروتون في نواتها. عندما تفقد الذرة إلكترونًا، تتأين، وعادةً ما تجذب الشحنة الذرية نوى الذرات الأخرى لتكوين روابط كيميائية. تميل معظم العناصر، وخاصة المعادن، إلى الاتحاد مع الأكسجين وتتأكسد - مثل الصدأ على الحديد. يمكنهم الارتباط بأنفسهم لتكوين مادة عنصرية، أو العثور على ذرات شديدة التفاعل مثل الصوديوم للارتباط بها، مما يتسبب في جميع أنواع الضرر. في المركبات الشائعة، تتصرف معظم العناصر بشكل مستقر بالنسبة إلى العناصر الأخرى.

2.تصنيف العناصر حسب طاقة الأشعة السينية المميزة

تدور الإلكترونات حول النواة في سلسلة من الأغلفة المسماة K، L، M، N، وهكذا.

عندما يفقد الغلاف الداخلي (مستوى الطاقة المنخفض) إلكترونًا بسبب الإشعاع ويصبح غير متوازن، تنتقل الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي (مستوى الطاقة المرتفع) إلى الغلاف الداخلي للحفاظ على الاستقرار. تبعث عملية انتقال الإلكترون هذه كمية محددة من الطاقة في نطاق الأشعة السينية. ضع كاشفًا في أداتك لقياس طاقات الأشعة السينية المميزة، وستعرف العناصر الموجودة في المادة الخاصة بك. إذا نظرت إلى الجدول الدوري لXRFستجد سلسلة من الأرقام التي تمثل طاقة الأشعة السينية المميزة لكل انتقال من الغلاف الخارجي إلى الغلاف الداخلي، مع وجود عناصر مختلفة تحتوي على مجموعات فريدة من الأرقام. يتم وصف الطاقة التي تمثلها هذه المجموعات من الأرقام من حيث كيلو إلكترون فولت (كيف).

3. حل القمم الطيفية المتضاربة

إذا نظرت إلى طاقات الأشعة السينية المميزة للعناصر الموجودة في الجدول الدوري XRF، ستلاحظ أنه عندما تتجاوز الزنك، فإن رقم القشرة L له طاقة مماثلة لقذيفة K للصوديوم، وقد تم رصد هذه الظاهرة يتكرر للعناصر ذات الأعداد الذرية الأقل. على سبيل المثال، الباريوم-L (4.467 كيلو إلكترون فولت) يتطابق تقريبًا مع التيتانيوم-K (4.508 كيلو إلكترون فولت). من المرجح أن يحصل الجيولوجيون والمهندسون الزراعيون الذين ينظرون إلى المعادن الموجودة في التربة على الكثير من طاقة الخط L التي يصعب تمييزها في عيناتهم.

4.قياس طيف الأشعة السينية المشتتة من الطاقة

تشتت الطاقةXRFأدوات (EDXRF).إثارة وكشف جميع العناصر من الفلور إلى اليورانيوم، مما يوفر طيفًا من الطاقة مع قمم طاقة تميز خصائص المادة. إذا كان لدى المستخدم بعض المعرفة بالمادة، فيمكنه ضبط طاقات الإثارة المختلفة لتحديد نطاق طيفي أكثر تحديدًا أو استخدام مكونات المرشح لفحص الطاقات المتعارضة. يمكن لبرنامج XRF أيضًا استخدام خوارزميات التركيب الطيفي للمساعدة في معايرة الأجهزة للحصول على دقة أعلى.

5. الطول الموجي مشتت قياس طيف الأشعة السينية

في بعض الحالات، لا يمكن ببساطة حل مشكلة الطاقة المتداخلة في أداة تشتيت الطاقة. للقيام بذلك، نحتاج إلى قانون براغ ومعدات متخصصة. يصف قانون براغ كيفية انتقال الأشعة السينية عبر مستويات ذرية متوازية في البلورة. بعد إثارة مادة العينة، يتم حصر الأشعة السينية المميزة الناتجة وانحرافها من خلال الشق (الموازاء) في نمط ضوئي متوازي عبر البلورة، والتي تعمل بمثابة مرشح للأشعة السينية عالي الحساسية. في EDXRF، ستظهر عينة تحتوي على الباريوم والتيتانيوم ذروة واسعة من الطاقة تبلغ حوالي 4.5 كيلو فولت، مما يخفي وجود كلا العنصرين، بينما سيكون مطياف WDXRF قادرًا على إظهار ذروتين متميزتين من كلا العنصرين.