Top Analytica Oy Ab.
XRF
Laite, menetelmät ja
mahdollisuudet
Teemu Paunikallio
Top Analytica Oy Ab.
•
•
Röntgensäteilyllä irroitetaan
näytteen atomien sisäkuorilta
(yleensä K ja L kuorilta)
elektroneja. Syntyneen vakanssin
paikkaa ylemmän kuoren
elektroni, samalla emittoituu
atomille luonteenomaista
fluoresenssisäteilyä.
Jos K kuoren vakanssin täyttää L
kuoren elektroni, sanotaan
säteilyä Kα, jos vakanssin täyttää
M kuoren elektroni, kutsutaan
säteilyä Kβ.
Röntgenfluoresenssi
Top Analytica Oy Ab.
•
•
•
•
•
•
•
•
Laitteisto:
PanAnalytican Epsilon 3 XL
Ilmaisin on energiadispersiivinen.
Röntgenputken anodimateriaali on
rhodiumia.
Maksimivirta 3 mA ja
maksimijännite 50 kV.
Kevyin mitattava alkuaine on
fluori.
10 näytepaikkaa.
Voidaan mitata kiinteitä-,
jauhemaisia- ja nestemäisiä
näytteitä.
Mahdollisuus mitata suuria
näytteitä.
Kevyiden alkuaineiden
analysoinnissa näytekammio
huuhdellaan heliumilla.
Top Analytica Oy Ab.
1.
2.
3.
4.
5.
Röntgensäteily tuotetaan
röntgenputkessa, jossa rhodium anodia
pommitetaan elektronisuihkulla. Syntyy
rhodiumille tyypillistä säteilyä sekä
jarrutussäteilyä. Molempia käytetään
fluoresenssin herättämiseen
näytteessä.
Suodattimella voidaan suodattaa osa
herättävän säteilyn spektristä. Näin
voidaan minimoida säteilylähteen
häiriövaikutuksia sekä optimoida
herättävä säteily tietyille alkuaineille
sopivaksi.
EDS-ilmaisin. Materiaali piitä.
Näytepaikat.
Mitattava näyte.
Laitteisto
Top Analytica Oy Ab.
•
•
•
Tasaiset ja kiinteät materiaalit,
kuten paperi ja metallilevy,
voidaan asettaa suoraan
näytepaikkaan. Näyte on ensin
leikattava näytepaikkaan
sopivaksi.
Jauheet ja liuokset kaadetaan
kuvan mukaiseen muovikuppiin,
jossa ohut muovikalvo estää
näytemateriaalin putoamisen
mittauskammioon. Myös
suspensiot ja emulsiot voidaan
mitata muovikupissa.
Isot näytteet, kuten rautaputki,
mitatataan ottamalla näytteenpidin
pois ja laittamalla suojamuovi
mittauskammion päälle. Iso näyte
asetetaan suojamuovin päälle.
Näytteet
Top Analytica Oy Ab.
+ Herkkyys varsinkin raskaille
alkuaineille hyvä eli päästään ppm
tasolle.
+ Voidaan mitata nesteitä.
+ Mittaukset nopeita.
XRF:n edut ja haitat
– Kvantitatiivisiin mittauksiin
menetelmä on tehtävä
näytekohtaisesti.
– Näytemäärän on oltava suurempi
kuin esimerkiksi SEM-EDS
analyysissä.
– Analyysikohtaa ei voi valita
tarkasti.
– Ei sovellu kevyiden alkuaineiden
kuten hapen ja hiilen analysointiin.
 Mittaussyvyys.
Top Analytica Oy Ab.
Mittausvaihtoehdot
• Manuaalimittaus: Tuotetaan halutuilla parametreillä spektri
näytteestä. Käytetään alkuaineiden tunnistukseen ja laitteen
kalibrointiin.
• Mittaukset Omnian ohjelmistoa apuna käyttäen: Iterointiin ja
fysikaalisiin parametreihin (fundamental parameters) perustuva
menetelmä, jolla saadaan arvio alkuaineiden määrästä
tuntemattomassa näytteessä.
• Tunnetuilla standardeilla tehty menetelmä, jolla saadaan tarkin
kvantitatiivinen tulos tietyn tyyppisistä näytteistä.
Top Analytica Oy Ab. Omnian analyysi värillisestä paperista
•
•
•
Kuvan sinisestä paperista leikattiin
pala.
Sininen puoli asetettiin
mittauspäätä vasten ja mittaukset
suoritettiin Omnian ohjelmalla.
Ohjelmaan syötettiin paperin
paksuus ja tiheys (tarpeen ohuille
näytteille). Ohjelmaan syötettiin
myös tieto siitä että näyte sisältää
kevyitä alkuaineita (CHO).
Top Analytica Oy Ab. Omnian analyysi värillisestä paperista
Top Analytica Oy Ab.
Omnian analyysi sertifioidusta lasireferenssistä
• Omnian menetelmän tarkuutta
testattiin mittaamalla NIST:n
RM620 standardi (lasilevy).
• Tulokset on laskettu oksideiksi
(p-%).
• Osa määritettävistä yhdisteistä
on hyvin lähellä standardin
arvoa, mutta Al2O3:ssa on
virhettä.
• Standardi sisältää myös
strontium- ja zirkoniumoksidia.
Oksidi
SiO2
Na2O
CaO
MgO
Al2O3
K2O
SO3
As2O3
Fe2O3
TiO2
ZrO2
SrO
Summa
RM620
Omnian
72.080
71.987
14.390
13.602
7.110
7.156
3.690
3.728
1.800
2.613
0.410
0.484
0.280
0.237
0.056
0.074
0.043
0.044
0.018
0.017
0.026
0.032
99.877 100.000
Top Analytica Oy Ab.
•
•
•
•
•
Kvantitatiivisen menetelmän kehitys
Menetelmän voi tehdä minkä tyyppisille näytteille tahansa (liuos, lasi,
metalli, jauhe...jne.), kunhan näytetyypille voidaan ajaa tunnetut
referenssit. Standardit voidaan ostaa tai tehdä itse.
Kvantitatiivista menetelmää kehitettäessä näytteen täytyy olla tunnettu. Ei
kannata yrittää mitata kaikkia näytteen alkuaineita tarkasti heti vaan
kannattaa rajata määritettävät alkuaineet analyysin kannalta tärkeimpiin
alkuaineisiin. Määritettävien alkuaineiden määrää voi jatkossa kasvattaa
mittaamalla lisää standardeja.
Matriisin eli taustamateriaalin ja analyyttien eli määritettävien alkuaineiden
puhtaus on tarkistettava ennen käyttöä XRF:llä (ei saa sisältää muita
analyyttejä).
Häiriöpiikit, kuten summa-, erotus- ja compton piikit, sekä mahdolliset
piikkien päällekkäisyydet on tunnistettava ennen standardien ajoa.
Ajetaan tunnetut standardit ja tehdään kalibrointisuora.
Top Analytica Oy Ab.
•
•
•
Kvantitatiivisen menetelmän kehitys:
Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista
Matriisiksi valittiin
alumiinisilikaatin, kalsium sulfaatin
(kidevedetön) ja natrium
karbonaatin seos (noin 1:1:1).
Matriisi edustaa yleisimpiä
voimalaitos kasaumissa esiintyviä
yhdisteitä. Ei sovellu matriisiksi,
jos 1 ja 2 ryhmän kloridisuolat ovat
pääkomponentteina => niille on
tehtävä toinen matriisi.
Analyyttiyhdisteet punnittiin
tarkasti, jonka jälkeen ne
homogenisoitiin matriisiin kanssa
kuulamyllyssä.
Sekoituksen jälkeen näytteet
mitattiin XRF:llä.
Top Analytica Oy Ab.
Kvantitatiivisen menetelmän kehitys:
Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista
Top Analytica Oy Ab.
Kvantitatiivisen menetelmän kehitys:
Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista
Top Analytica Oy Ab.
Kvantitatiivisen menetelmän kehitys:
Esimerkki voimalaitostuhkan analysoinnista
Top Analytica Oy Ab.
XRF:n herkkyys
• Alla olevassa kuvassa on sinkin XRF-spektri.
• Näyte on sinkkiyhdisteen vesiliuos, jossa sinkin pitoisuus on 88 ppm.
Top Analytica Oy Ab.
Loppukommentit
• XRF:n soveltuu hyvin erilaisten näytteiden kvalitatiiviseen analyysiin.
XRF:n etuna on näytteenvalmistuksen helppous ja mittauksien
nopeus.
• Jos näyte on tuntematon, voidaan alustava kvantitatiivinen analyysi
suorittaa Omnian mittauksilla.
• Tarkin tulos saadaan standardeilla tehdyillä menetelmillä.
Kysymyksiä?