راهنمای جامع کوانتومتر XRF + [کاربردها، مزایا و معایب]

به منظور اندازه گیری ترکیبات عناصر در مواد مختلف می توان از دستگاه های کوانتومتر استفاده کرد. یکی از این دستگاه های کاربردی، کوانتومتر فلورانس اشعه ایکس XRF می باشد. برای اندازه گیری عناصر در این روش باید نمونه مورد نظر را با استفاده از اشعه ایکس مورد تابش قرار داد. اثر فلورانس در این حالت موجب می شود که عناصری که در ماده مورد نظر قرار دارند، تابش خاصی را از خود ساطع کنند. امروزه دستگاه کوانتومتر XRF توسط برند های مختلف مانند جیبو به بازار ارائه می شود.

کوانتومتر XRF چیست؟

دستگاه کوانتومتر XRF یا طیف سنج فلورانس اشعه ایکس (X-ray fluorescence spectroscopy) به منظور تعیین ترکیبات عناصر در مواد کاربرد دارد. همانطور که از نام آن نیز پیداست این عمل از طریق تابش اشعه ایکس صورت می گیرد که به موجب آن در نمونه تابش خاصی ایجاد می شود. آشکارساز در دستگاه کوانتومتر باید این تابش را شناسایی کند و در این راستا نوع و مقدار عناصر را تعیین کند. XRF را می توان بهترین کوانتومتر برای آنالیز فلزات به شمار آورد.

از طریق طیف سنج نوری XRF می توان نسبت به تحلیل مواد جامد و پودری اقدام کرد. به همین دلیل در صنایع و معادن، بازیافت، تحقیق و توسعه از این دستگاه استفاده کرد. می توان گفت که مزیت استفاده از کوانتومتر، امکان تحلیل فیر مخرب مواد و عدم احتیاج به آماده سازی مقدماتی نمونه مورد نظر است. با این وجود باید به این موضوع اشاره کرد که نسبت به سایر دستگاه های کوانتومتر، دستگاه XRF حساسیت کمتری دارد.

اصول عملکرد کوانتومتر XRF

دستگاه های کوانتومتر دارای انواع مختلفی هستند. هر کدام از این دستگاه های آنالیز عناصر دارای اصول عملکرد مختص به خود می باشند. به همین دلیل ما در این بخش به اصول عملکرد دستگاه کوانتومتر XRF خواهیم پرداخت:

1. تابش اشعه ایکس در دستگاه XRF

همانطور که ذکر شد در ابتدا باید نمونه توسط اشعه ایکس مورد تایش قرار بگیرد. از این طریق می توان موجب برانگیخته شدن الکترون های لایه های داخلی اتم ها شد. از این رو تابش خاصی از نمونه ایجاد می شود که می توان آن را شناسایی و آنالیز کرد.

2. اشعه ایکس فلورانس

در کوانتومتر XRF  بعد از خروج الکترون از لایه داخلی اتم، یک الکترون از لایه بیرونی جای خالی آن را پر می کند. در واقع در این حالت انتقال الکترون انجام می شود که همراه با آزاد شدن انرژی به شکل فوتون اشعه ایکس است. این اشعه دارای طول موج مشخص می باشد که به آن اشعه ایکس فلورانس گفته می شود. طول موج فلورانس نشان دهنده عنصری است که این اشعه از آن ساطع شده است.

3. تشخیص عناصر با آشکارساز کوانتومتر

شناسایی اشعه ایکس فلورانس ساطع شده از نمونه از طریق آشکارساز (detector) انجام می شود. آشکارساز باید نسبت به اندازه گیری طول موج و شدت انرژی اشعه ایکس فلورانس اقدام کند. بدیهی است که از این طریق می توان نوع عناصر موجود در نمونه و میزان غلظت آن ها را نیز تعیین کرد.

مزایای استفاده از دستگاه XRF

بدیهی است که استفاده از کوانتومتر XRF می تواند مزایای زیادی در راستای آنالیز عناصر داشته باشد. در صنایع و آزمایشگاه ها استفاده از دستگاه های کوانتومتر ضروری است. ما در این بخش به بررسی مزایای استفاده از روش XRF خواهیم پرداخت:

• غیر مخرب بودن روش XRF : منظور از غیر مخرب بودن، عدم آسیب به نمونه در حین آنالیز آن می باشد. با استفاده از XRF به نمونه آسیب وارد نمی شود و در نتیجه می توان به صورت مجدد نیز از آن استفاده کرد.
• افزایش سرعت آنالیز مواد: از طریق XRF می توان با سرعت بیشتری نسبت به تجزیه و تحلیل نمونه مورد نظر اقدام کرد.
• آنالیز طیف گسترده ای از مواد: طیف گسترده ای از مواد جامد، مایع و پودری را می توان از طریق آن آنالیز کرد.
• آسان بودن آماده سازی نمونه: اغلب آنالیز مواد با استفاده از دستگاه کوانتومتر ساده است.
• امکان تجزیه عناصر به صورت همزمان: از طریق XRF می توان به صورت همزمان عناصر مختلف را آنالیز کرد.

کاربرد های XRF کدامند؟

همانطور که ذکر شد کوانتومتر در صنایع مختلف کاربرد دارد. کوانتومتر XRF نیز برای کاربرد های خاصی در صنایع و آزمایشگاه ها به کار می رود:

• زمین‌شناسی و معدن
• باستان‌شناسی
• علوم محیط زیست
• صنایع غذایی
• متالورژی
• پتروشیمی
• داروسازی

انواع دستگاه های کوانتومتر XRF

می توان گفت که در حال حاضر دو دسته دستگاه کوانتومتر XRF وجود دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. ما در این بخش به این موارد اشاره خواهیم کرد:

• کوانتومتر WDXRF: از طریق WDXRF می توان اغلب برای آنالیز نمونه های پیچیده کاربرد دارد. در این راستا نیز از کریستال به منظور تفکیک اشعه ایکس فلورانس بر طبق طول موج استفاده می شود. دقت و حساسیت این نوع کوانتومتر نیز بالا می باشد.
• کوانتومتر EDXRF: به منظور اندازه گیری مستقیم و بدون واسطه انرژی فوتون اشعه ایکس فلورانس می توان از EDXRF استفاده کرد. سرعت بالا نسبت به WDXRF از مزایای آن است و به همین دلیل برای آنالیز نمونه های روتین کاربرد بیشتری دارد.

نتیجه گیری

در حال حاضر می توان گفت که آنالیز مواد در آزمایشگاه ها و صنایع تنها از طریق دستگاه های خاصی مانند کوانتومتر امکان پذیر است. کوانتومتر XRF یکی از دستگاه های کاربردی در این زمینه است که با استفاده از اشعه ایکس کار می کند. اشعه ایکس فلورانس در دستگاه XRF موجب تابش خاصی از نمونه مورد نظر می شود که از طریق آشکارساز قابل اندازه گیری است.