Báo cáo tiểu luận: Ứng dụng phương pháp huỳnh quang trong khoa học và kỹ thuật potx

Việc đo lường được thực hiện trong chân không, thời gian phân tích mỗi mẫu là 18μm... Quang phổ kế có thể sử dụng trực tiếp trên mẫu đất và cũng có thể phân tích mẫu bột lỏng đựng trong

GVHD: Phạm Nguyễn Thành Vinh SVTH: Phan Hoàng Chinh

Phạm Văn Nhân Nguyễn Văn Duẫn Nguyễn Công Điền

• Các Ứng Dụng Khác

Xác Định Nguy Hại Và Nguyên Tố Vi Lương

Thiết Yếu Trong Môi Trường

Và Vật Liệu Sinh Học

sec.target TXRF PXRF μXRFXRF μXRFCTMẫu

Sinh học

Mẫu Môi trường

Khí hạt nhân ngưng tụ

Các phổ kế sử dụng và điều kiện đo

Phổ kế EDXRF với bia thứ cấp

Hệ thống thứ nhất là một bộ máy thương mại bao gồm một cực dương bằng Pd, ống tia X (300W),

năm bia thứ cấp ( , HOPG), một detector

Si(Li) ( FWHM =150eV / 5.9keV, vùng kích hoạt ,cửa sổ Be 8μm) μXRFm) Việc đo lường được thực hiện trong chân không, thời gian phân tích mỗi mẫu là 18μm) 00s ( bao gồm thời gian đo với tất cả năm bia) và ống HV được cài đặt tùy thuộc vào bia thứ cấp, là một trong các thông

số sau: 52,5kV/ ,30kV/Co , 30kV/Mo , 44kV/

Hệ thống thứ hai là quang phổ kế EDXRF sec.target Quang phổ kế này bao gồm cực dương là Mo, ống tia X (3000W), bia thứ cấp

là Mo, một detector Si(Li) ( FWHM=170eV /5.9keV, vùng kích hoạt , cửa sổ Be 8μm) μXRFm) đi kèm với điện tử NIM, kết nối với hệ thống máy phân tích biên độ đa kênh (MCA) dựa trên máy tính Các phép đo được thực hiện trong chân không, thời gian đo mỗi mẫu là 10000s Điều kiện hoạt động của ống là 45kV/40mA

2

30mm

Quang phổ kế TXRF bao gồm một buồng chân không gắn với ống tia X (3000W), cực dương

là Mo Buồng được trang bị động cơ giới hạn phản xạ và cơ giới hóa giai đoạn mẫu cho phép điều khiển từ xa góc lướt qua Phổ tia X được thu nhận bởi detector Si(Li) ( FWHM = 170eV / 5.9keV, vùng kích hoạt , cửa sổ

Be 8μm) μXRFm) Sự điều khiển góc tới hạn và thu thập

dữ liệu được thực hiên dưới sự điều khiển của máy tính chạy phần mềm SPECTOR Ống tia

X hoạt động tại 45kV/40mA và thời gian đo mỗi mẫu trong khoảng 100-500s

Quang phổ kế TXRF

2

30mm

Quang phổ kế có thể sử dụng trực tiếp trên mẫu đất và cũng có thể phân tích mẫu bột lỏng đựng trong ly nhựa Tối đa ba nguồn ( Fe-55, Cd-109, Am-241) có thể được lắp đặt trên một bánh xe quay vòng cho mẫu liên tục bị kích thích Các kết quả thu được bằng cách sử dụng nguồn đồng vị phóng xạ Cd-

109 có hoạt độ 925MBq để kích thích bức xạ huỳnh quang tia X Phổ tia X được thu nhận bởi detector photodiode Si-PIN được cung cấp bởi acquy hoạt động tích hợp năng lượng/ bộ khuếch đại gắn với acquy hoạt động Dữ liệu thu thập được kiểm soát bởi một máy tính

Quang phổ kế PXRF

Hộp đựng nguồn

có thể quay

Lá chắn bằng chì

Hộp đựng mẫu bằng nhựa

Nguồn Cd-109 hình vành khuyên

Nguồn cung cấp

Khung đỡ detector và bản tản nhiệt

Nguồn Fe-56 hình vành khuyên

Quang phổ kế μXRFXRF/μXRFCTMột quang phổ kế quét chùm vi mô bao gồm một ống tia X năng lượng cao gắn với mao mạch quang học phát ra một chùm tia X chuẩn trực tốt Các chùm tại chỗ có kích thước đường chéo nhỏ, FWHM – như là đo lường trên bề mặt mẫu thì bằng khoảng 12μXRFm Các ống anode khác có thể dễ dàng cài đặt cho phép tối ưu hóa điều kiện kích thích Các mẫu được gắn phía trước chùm trên một giai đoạn cơ giới hóa mẫu

Độ chính xác của vị trí mẫu vào khoảng 1-2μXRFm

Hệ thống được trang bị hai detector, detector Si(Li) ( FWHM = 160eV / 5.9keV, vùng kích hoạt , cửa sổ Be 8μm) μXRFm) và detector SD ( FWHM = 170eV / 5,9 keV, vùng hoạt động , cửa sổ Be 8μm) μXRFm )

Sự quét và thu thập dữ liệu thì được điều khiển bởi máy tính chạy phần mềm SPECTOR Các tính năng thuận lợi của hệ thống này so với các ống tia X khác

là nó dựa trên quang phổ kế chùm vi mô, nó có hai detector có thể hoạt động đồng thời Detector Si(Li) ghi nhận phổ huỳnh quang tia X của mẫu và detector SD hoạt động tại thời gian hình thành đỉnh 0,25μXRFs, đo lường trực tiếp chùm chuyển đổi thông qua mẫu phân tích Cùng với cổng khuếch đại tích hợp và ADC nhanh, các detector SD có thể hoạt động với tốc độ đếm 105cps

2

2mm

2

8μm) 0mm

Chuẩn bị mẫu

Mẫu Không có bất kì sự

chuẩn bị nào (PXRF,EDXRF)

Các dạng (PXRF,μXRFXRF, μXRFCT )

Dạng viên ( EDXRF) ( TXRF )Hòa tan

Đất Trực tiếp, tại chỗ Bột Viên, có hoặc

không có chất kết dính Không khí

hạt nhân ngưng tụ

Trực tiếp trên bộ lọc Hòa tan vào

dung dịch có chứa Cobalt

Đất bị nhiễm Uranium

Gửi trên lá

Kết quả

Nguyên tố

Trong hai mươi mẫu gạo, bao gồm 2 mẫu gạo thương mại, được phân tích bởi EDXRF sec.target Xác định được các nguyên tố: P, K, Ca, Mn, Fe, Zn, Br, Rb Sự thay đổi nồng

độ các nguyên tố trong phân tích mẫu gạo được trình bày

Mẫu Xương

Mẫu môi trường

Phổ kế EDXRF thương mại cũng được sử dụng

để xác định sự có mặt của các nguyên tố trong đất, biển và trầm tích Nồng độ của nhóm nguyên tố được xác định là: Mg, Al, Si, P, S,

Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga,

As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Cs, I,

Ba, La, Ce, Pb, Th, U Mẫu môi trường được phân tích bằng phổ kế EDXRF Mối tương quan giữa nồng độ xác định và nồng độ cho được trình bày ở hình Kết quả trình bày ở hình thu được từ việc đo các mẫu IAEA-Soil-7, CERAMIC-1 SARM 69 và mẫu Penrhyn Slate

Mẫu khí hạt nhân ngưng tụ

Phổ tia X của khí hạt nhân ngưng tụ thu được với phổ kế EDXRF ( phân tích trực tiếp) và phổ kế TXRF ( sau khi hòa tan)

Nồng độ nguyên tố trong không khí thu được bởi phổ kế TXRF và phổ kế EDXRF Khí hạt nhân ngưng tụ được chọn trong mẫu không

Năng lượng ( keV)

Mẫu thô

Mẫu tinh khiết

Mẫu đất nhiễm Uranium

Kĩ thuật μXRFXRF được ứng dụng để xác định hạt Uranium giàu trong đất bị ô nhiễm Các kết quả của một khu vực quét ( 2.5mm x 1.5mm/ 251 bước x 251 bước; kích thước bước: dx = 10 μXRFm, dy = 6μXRFm, thời gian đo mỗi điểm ảnh t = 5s đối với tín hiệu huỳnh quang, t = 2s đối với tín hiệu truyền) được trình bày trên hình

Ứng Dụng Trong Phân Tích Dấu Vết Nguyên

Tố, Xác Định Tính Xác Thực Và Kiểm Tra Độ Tinh Khiết Của Các Mẫu Dược Phẩm

Các loại thuốc sau đây đã được phân tích:

- Aspirin 500mg, Bayer AG,Đức-Aspirin + C(viên sủi bọt), Bayer AG, Đức-ASA 100mg, Hexal AG , Đức

-ASA, Ratiopharm GmbH , Đức-“Aspirin”, không tên, Mỹ

Phổ kế được trang bị một ống Mo (37W) và một detector Xflash Silicon Drift Mẫu được đo ở một điện áp cao 50 kV, 750 μXRFA cho 1000 s

2

30mm

Chuẩn bị mẫu

Tất cả các mẫu được nghiền bằng tay trong một cối đá mã não để có được các hạt có kích thước nhỏ hơn 75μXRFm Một phân tích định tính đã được thực hiện bằng cách cân lượng mẫu bột khoảng 60 mg và đặt mẫu vào trong chén nhựa Đối với sự chuẩn bị bùn than, 2,5 ml có 1% nước dung dịch Triton X100 được thêm vào Triton X100 là một chất tẩy rửa thông thường để điều chỉnh độ nhớt của các dung dịch Ứng dụng của sự chuẩn bị bùn than trong phân tích TXRF, nó giúp tăng cường chất lượng của các mẫu Sau khi đồng nhất triệt để, 10 ml bùn than được đặt trên mẫu kính thạch anh, mẫu được sấy khô trong một bình khử ẩm

và sau đó đem đi đo.

Định lượng về dữ liệu đo TXRF được thực hiện bằng phương pháp chuẩn hóa bên trong Vì mục đích này, bùn than cũng được chuẩn bị giống như trong phân tích định tính Như là một nội tiêu chuẩn khoảng 30 ml của 100mg /l dung dịch Se đã được thêm vào Sau khi đồng nhất, 10μXRFl bùn than được chiết suất bằng pi-pét lên trên mẫu kính thạch anh , mẫu được sấy khô trong bình khử

ẩm và đo ở cùng điều kiện với mẫu định tính Đối với kiểm tra ô nhiễm, khoảng 60mg NaCl (p.A, As < 0,4 mg/Kg) đã được hòa tan trong 1ml nước siêu tinh khiết

và trộn với dung dịch As để đạt được nồng độ cuối cùng trong khoảng từ 0 đến 4mg/Kg.

Kết Quả

Kiểm tra tính xác thực của ASA

P, Ni, Cu và Sr có mặt trong Aspirin “ không tên” ; V, Cr,

As và Se có mặt trong mẫu Hexal Các nguyên tố như Cl,

K, Ca, Fe, Zn và Pb cho thấy sự khác biệt lớn trên tất cả

5 loại thuốc

Tất cả các giá trị trong mg/kg

Sự khác nhau nồng độ nguyên tố trong năm loại thuốc

Kiểm tra độ tinh khiết của

Natri clorua

Việc đo nồng độ NaCl cho thấy sự tương quan tốt với nồng độ As trộn vào (R2 = 0,9972 , hình ) Hơn nữa, các phép đo chỉ ra sự có mặt của khoảng 0,2 mg/kg As trong các thuốc thử cũng phù hợp với giá trị quy định < 0,4 mg / kg

Những giới hạn phát hiện cho tất cả các phép đo được thể hiện trong bảng Trong tất cả các dung dịch kiểm tra thì giới hạn phát hiện As dưới 0,1

Trong phân tích hình ảnh

Phổ kế μXRFXRF phân tích hình ảnh của một bản viết tay cổ đại Nepal đã xác định được bột màu bao gồm: đỏ son (HgS), diachlon (Pb3O4), lá đồng cacbonat và vàng Bản chất của X-quang cho phép xác định đặc điểm không thể nhìn thấy bằng mắt được nghiên cứu, trên bản thảo này có một lớp vàng mạ crôm (PbCrO4)

Các Ứng Dụng Khác

Thành phần nguyên tố của bản viết tay cổ đại Nepal

Trong pháp y

• Kỹ thuật μXRFXRF nhằm phát hiện ra muối trong mồ hôi người

- vốn tạo nên đường viền của dấu vân tay Nếu dấu vân tay lưu lại đủ lượng muối, máy sẽ nhận dạng được nó mà không cần can thiệp vào mẫu.

• Kỹ thuật trên cũng có thể xác định được những chất này khi ngón tay bị phủ bởi mỹ phẩm, đất, nước bọt hoặc kem chống nắng - là những chất ô nhiễm làm mất sự chính xác của phương pháp điều tra tội phạm truyền thống

• Phương pháp có thể thu dấu vân tay trên những chất liệu khác nhau, như giấy, gỗ, da thuộc, plastic và thậm chí trên

da người Nó cũng có ích trong việc nhận dạng vân tay trẻ

em, là đối tượng có ít dầu trên da

Một số hình ảnh dấu vân tay được phát hiện bởi μXRFXPF

Ưu Điểm Và Nhược Điểm

- Phân tích được số lượng lớn các nguyên tố vi lượng (> 1 ppm; Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb,

Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn) trong đá và trầm tích

 Nhược điểm:

Trong lý thuyết XRF có khả năng phát hiện tia X phát

ra từ hầu hết tất cả các yếu tố, tùy thuộc vào bước sóng và cường độ của tia X Tuy nhiên :

- Trong thực tế, các phổ kế thương mại rất hạn chế trong khả năng đo chính xác các nguyên tố có Z<11 ở hầu hết các vật liệu đất tự nhiên.

- XRF phân tích không thể phân biệt các biến thể trong số các đồng vị của một nguyên tố, do đó, các phân tích này thường xuyên được thực hiện với các dụng cụ khác.

nguyên tố trong những trạng thái hóa trị khác nhau, do đó, những phân tích của đá và khoáng sản được thực hiện với

kỹ thuật như phân tích hóa học ướt hoặc phổ Mossbauer