بسم الله الرحمن الرحیم

1. بسم الله الرحمن الرحیم

2. بررسی خصوصیات دستگاه XRF گرد آورنده : محمد عظیم یوسفیبهار 88

3. در صورت هرگونه کپی برداری ذکر منبع الزامی است.

4. عناوین XRF 1- مقدمه در رابطه با دستگاه 2- پارامتر های مختلف دستگاه شامل : قابلیت مزایا معایب محدودیت ها اجزای دستگاه خطا ها سیگنال ها حدتشخیص حساسیت کاربرد در پترولوژی دقت خطاهای تصادفی خطاهای سیستماتیک

5. نحوه ارایه اطلاعات اساس کار دستگاه صحت 3-آماده سازی نمونه و مراحل مختلف آن4- کالیبراسیون دستگاه 5-روش تعیین صحت آنالیز تیتانومگنتیت و ایلمنیت بوسیلهنمونه های استاندارد و منحنی کالیبراسیون 6- منابع و مآخذ قرص های ذوبی قرص های تحت فشار

6. مقدمه برای اندازه گیری مقدار عناصر دو روش وجود دارد یکی روشهاي شيمي تجزيه كه عمدتاً از تيتراسيون استفاده مي شود و دیگری روشها تجزيه غير مخرب بوسيله اشعه X  كه اصطلاحاً به  آن XRF   گفته مي شود كه مخفف كلمه X Ray Fluorescence    مي باشد مزيت استفاده از XRF  بر روشهاي  شيميايي  سرعت بالا و هزينه پايين و دقت قابل قبول است . 

7. XRF دستگاهي است براي اندازه گيري طول موج و شدت امواج فلورسانس ساطع شده از اتمهاي مختلف در نمونه كه نتيجه آن شناسايي نوع و ميزان عناصر ماده مي باشد. دستگاه XRF كاربرد وسيعي در بسياري از علوم دارد و امروزه بعلت پيشرفتهاي شگرف در اين زمينه بصورت يكي از وسايل ضروري در آزمايشگاههاي تحقيقاتي در آمده است. XRF با سرعت عمل بسيار زياد قادر است عناصر بسياري را بصورت كيفي و كمّي مورد آناليز قرار دهد. بعلت سرعت زياد و عدم مصرف مواد شيميايي روش ارزاني نسبت به بقيه روشهاي آناليزي بوده و محيط زيست را نيز آلوده نمي سازد.

8. قابلیت ها Strengths : • 1-قابلیت اندازه گیری کیفی و کمی عناصر • 2-آنالیز بالک شیمیایی عناصر اصلی در سنگ و رسوبات • Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P)( • 3-آنالیز بالک عناصر کمیاب و سنگین در سنگ و رسوبات(Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn) • 4-قابلیت دادن نتایج بصورت اکسیدی • 5-قابلیت معرفی 100 نمونه به طور همزمان به دستگاه ( شکل 1)

9. شکل 1

10. مزایا Adventage : • 1-اقتصادی بودن تجزیه برای هر نمونه • 2-قابل استفاده بودن دوباره نمونه و عدم تخریب نمونه • 3-اندازه گیری عناصر کمیاب خاکی و نادر که یکی از ویژگی های مهم ایندستگاه محسوب می شود . • 4-دادن نتایج بصورت اکسیدی

11. معایب Disadventage : • 1-حساسیت کم دستگاه • 2-مشکل حاصل از ماتریکس و زمینه در نمونه و انتخاب نمونه استاندارد • 3-نیاز به افراد مجرب برای انجام مراحل مختلف آزمایش • 4-عدم تفکیک FeO و Fe2 O3 از یکدیگر • 5-نیاز به حرارت بالا برای آنالیز

12. محدودیت ها Limitation : • 1 -عناصر سبک تر از Na ( عدد اتمی 11 ) را نمی توان با این روش مورد سنجش قرار داد . • 2 - XRF نمی تواند فراوانی ایزوتوپ های یک عنصر را تعیین کند و به دستگاه های دیگری نیاز است . • 3- XRF نمی تواند فراوانی ظرفیت های مختلف یک عنصر را تعیین کند . مثل Fe .

13. اجزای دستگاه Instrumentation • 1- منبع انرژي با ولتاژ بالا • 2- لوله توليد كننده اشعه X • 3- نمونه • 4- توازن دهنده هاي طيف هاي تابشي حاصل از نمونه • 5- بلور فلوئور سديم يا بلورهاي ديگر • 6- توازن دهنده هاي طيفي بعد از عبور از بلور فلوئور سديم • 7- دستگاه شمارش براي اندازه گيري شدت اشعه X با طول موجهاي مختلف براي عناصر گوناگون • 8- ثبت كننده قوي، تقويت كننده الكتروني و نوار نتايج ( شکل 2)

14. شکل 2

15. خطاها (Errors ) : • خطای تصادفی • 1- ناپایدار بودن دستگاه • 2-خطای کاربر • 3-زبری سطح نمونه • 4-برهم کنش فازها در نمونه • 5-فلوئورسانس ثانویه از فاز های پنهان در سطح زیرین نمونه .

16. خطای سیستماتیکنا مناسب بودن ترکیب استاندارد تصحیح نا به جای ماتریکس

17. سیگنال ها Used Signal: • پرتوی X شاخص

18. حساسیت Sensitivity • بسته به عناصر مختلف و عدد انمی آنها حساسیت متفاوت است. • کاربرد در پترولوزیApplication in petrology: • در پی بردن به ژنز ماگما و سنگ • وجود عناصر با ارزش از دیدگاه اقتصادی انها • اندازه گیری عناصر خاکی کمیاب • انالیز نورماتیو سنگ ها و پی بردن به کانی های نورماتیو سنگ ها

19. دقت Precission • 1 ppm و بسته به عناصر مختلف متفاوت است

20. ارایه اطلاعات Data presentation : • ارایه اطلاعات بصورتجدولی می باشدکه در مرحله بعد اطلاعات را به دوصورت داریم . • 1- برای تشخیص اسم سنگ که می توانیم از نمودار های خاصی که برای این کار است و هم می توانیم از نرم افزار IGPET ( کانی شناسی نورماتیو ) استفاده کنیم . (شکل 3) • 2- برای تشخیص منشا و پترو ژنزو ژئوشیمی ماگما که از نمودار های متنوعی استفاده می کنند .(شکل 4)

21. شکل 3

22. شکل 4

23. اساس کار دستگاه How its work ) ) تشعشعات حاصل از تيوب مولد اشعه ايكس در دستگاه XRF به اتمهاي تشكيل دهنده نمونه برخورد نموده و باعث توليد امواج فلورسانس مي گردد. در اين فرآيند تشعشعات اوليه در اثر برخورد با اتمها باعث خروج الكترون از ترازهاي مختلف شده و اتم در حالت برانگيخته و ناپايدار قرار مي گيرد. براي جبران الكترون خارج شده از اتم, الكتروني از ترازهاي بالاتر به سمت ترازهاي پايين تر (انرژي كمتر)منتقل می شود . (شکل 5)

24. اشعه ایکس ثانویه الکترون خارج شده شکل 5

25. در اين انتقالات اتمي مازاد انرژي الكترونها (از تراز پر انرژي تر به تراز كم انرژي تر) به صورت امواج اشعه ايكس ساطع مي گردد. اين تشعشعات X كه طول موجهاي مشخصي دارند همان امواج فلورسانسميباشند.با اندازه گيري هر طول موج نام عنصر مربوطه مشخص شده وبراي اندازه گيري طول موجهاي توليد شده از كريستالهاي پراش دهندهامواج كمك گرفته مي شود.

26. با برقراري موقعيت پراش مطابق معادله براگ هر طول موج در زاويه خاصي پراش خواهد يافت. بر اساس اين معادله طول موج محاسبه شده و نتيجه آن شناسايي عنصر مربوطه مي باشد. (شکل 6) nλ=2dSinθ شکل 6

27. با اندازه گيري شدت آن به فراواني آن عنصر در نمونه مي توان پي برد.که واحد شدت KC/S است . با برقراری خط کالیبراسیون میزان عنصر مورد نظر نیز بدست می آید.(شکل 7) شکل 7

28. صحت Accuracyصحت اندازه گیزی عناصر به روش آماده سازی و نمونه استانداردی که برای کالیبره کردن دستگاه استفاده می شود بستگی دارد

29. آماده سازی نمونه :Sample Preparation • از مهمترين بخشهاي هر آزمايشگاه بخش آماده سازي است. هدف از آماده سازي بدست آوردن نمونه اي معرف و نرم شده مي باشد. • مراحل اين كار شامل : • -1خشك كردن : ابتدا كليه نمونه ها با حرارت لازم كاملاً خشك مي گردند.-2خردايش : نمونه ها توسط سنگ شكنهاي فكي تا ابعاد حدود 3 الي 7 ميلي متر خرد مي گردند.

30. -3نمونه گيري : از نمونه خرد شده نمونه اي معرف بميزان حدوداً 50 گرم توسط تقسيم كننده هاي شانه اي انتخاب مي گردد.-4نرمايش : نمونه آماده شده توسط آسياي ديسكي در مدت زمان لازم تا حدود 75 ميكرون (200مش) نرم مي گردد.

31. -5قرصهايي را از نمونه تهيه می کنیم که دو نوع قرص وجود دارد . الف - قرصهاي ذوبي در قرصهاي ذوبي نمونه بوسیله كمك ذوبها كه اكثراً از تركيبات عنصر بور ( بویژه بورات لیتیم ) هستند ذوب مي گردد. (شکل 8 ) ب - قرصهاي تحت فشار در مورد قرصهاي تحت فشار پودر نمونه با يك ماده چسبنده بي اثر مخلوط شده و تحت فشار تبديل به قرصهايي مي گردد كه مي توان آنها را در دستگاه قرار داد .(شکل 9)

32. شکل 8 : قرص های ذوبی که برای عناصر اصلی به کار می روند .

33. شکل 9 : قرص های تحت فشار که برای آنالیز عناصر فرعی به کار می روند .

34. کالیبره کردن دستگاه

35. برای کالیبره کردن دستگاه از نمونه های استاندارد استفاده می کنند که نمونه استاندارد باید از لحاظ عناصر هم پوشانی لازم را با نمونه مورد آنالیز داشته باشد . به دو صورت نمونه های استاندارد را داریم . 1-به صورت مصنوعی که عناصر را به نسبت های معین و دقیق برای کالیبره کردن دستگاه آماده می کنند که این عناصر باید همان عناصری باشند که در نمونه ای که می خواهیم آنالیز کنیم وجود دارد . (synthetic sample ( 2- به صورت طبیعی که نمونه های معین و شاخص جهانی استانداردی را که از قبل موجود است و اسامی مخفف شده خاصی دارند را برای کالیبره کردن استفاده می کنند . جدول ( 1 ) (natural sample(

36. جدول 1: اسامی استاندارد های جهانی ایلمنیت و مگنتیت ( استاندارد های طبیعی )

37. وقتی که نمونه استاندارد را در دستگاه قراردادیم برای هر عنصر یک منحنی کالیبراسیون برحسب KC/Sدر مقابل مقدار عنصر ( ppm و درصد ) رسم می شود که از این منحنی در مراحل بعدی استفاده می شود .

38. روش تعیین صحت آنالیز تیتانومگنتیت و ایلمنیت بوسیلهنمونه های استانداردو منحنی کالیبراسیون • وقتی که نمونه استاندارد را برای کالیبره کردن دستگاه آنالیز می کنیم ، انحراف از مقدار دقیق عناصر موجود در نمونه استاندارد را صحت آنالیزدستگاه در نظر می گیرند که هرچه این عدد کوچکتر باشد صحت آنالیز بالاتر است . • قرص های ذوبی ( عناصر اصلی ) • قرص های تحت فشار ( عناصر فرعی )

39. قرص های ذوبی ( Disk glass form) برای آهن وتیتانیوم هم از نمونه های استاندارد سنتزی که از TiO2 و Fe2O3 ساخته می شوند و به نسبت 1:1 از Fe2O3 و TiO2 مخلوط می شوند استفاده می شود و هم از نمونه هایی که بصورت استاندارد های طبیعی هستند استفاده می شود جداول ( 2 و 3)

40. جدول 2: نمونه های استانداردی که برای کالیبره کردن دستگاه نسبت به عناصر اصلی ایلمنیت استفاده می شود

41. جدول 3: نمونه های استانداردی که برای کالیبره کردن دستگاه نسبت به عناصر اصلی تیتانو مگنتیت استفاده می شود

42. سپس این نمونه های استاندارد با دستگاه XRF اندازه گیری می شوند و انحراف از میانگین نسبی مقادیر استانداردبرایFe2O3 در ایلمنیت و مگنتیت به ترتیب 1.2 و 0.6 در صد و برای TiO2 به ترتیب 1.8 و 3.2 در صد در ایلمنیت و مگنتیت به دست می آید . عناصر دیگر ( Si,Ca,Mn,Mg)با نمونه های استاندارد طبیعی کالیبره می شوند و محدوده صحت بدست آمده از آنها 1.7 در صد تا 12.3 در صد تغییر می کند .

43. طبیعتا ترجیح بر این است که از نمونه های طبیعی برای کالیبره کردن استفاده کنیم زیرا این ها در آزمایش بیشتر قابل اطمینان هستند نسبت به مخلوط های سنتزی ترکیبات شیمیایی . بهترین صحت کار برای Fe, Mg ,Ti بدست می آید که معمولا این عناصر بطور گسترده ای در محلول جامد کانی ها استفاده می شوند .

44. قرص های تحت فشار ( pellet form) Cr و V با تعداد نسبتا زیادی از نمونه ها ی استاندارد کالیبره می شوند و این روش یک صحتی بین 7.6 تا 5.6 در صد را نشان می دهد که نسبتا خوب است . عناصر دیگر با تعداد کمتری از نمونه های استاندارد کالیبره می شوند و طبیعتا یک صحت کاری خوبی را نشان نمی دهند جداول 4و5

45. جدول 4 : نمونه های استانداردی که برای کالیبره کردن دستگاه نسبت به عناصر فرعی ایلمنیت استفاده می شود

46. جدول 5 : نمونه های استانداردی که برای کالیبره کردن دستگاه نسبت به عناصر فرعی تیتانو مگنتیت استفاده می شود

47. این نکته را باید یادآور شویم که عناصر Ni,Co,Cu ممکن است بوسیله عناصر کمیاب سولفیدی حمل شده باشند که باز ممکن است بصورت هتروژن پراکنده شده باشند . که این می تواند نتیجتا صحت پایین این عناصر را نسبت به Cr,V را نشان دهد .

48. منابع • Jean-Clair DUCHENSENE;Guy,BOLOGNE, XRF major and trace element determination in Fe-Ti oxide minerals, Department of Geology, University of Liège,2008. • Gary D , Christian ; James E , O Reily , Instrumental AnalysisUnited State America 1986 • http://www.noc.soton.ac.uk • http://omega.physics.uoi.gr/xrf/english/links.htm • http://azut.blogfa.com/post-60.aspx • http://www.gsi.ir • http://www.binaloud.com • http://www.geol.lsu.edu/ • http://geoinfo.nmt.edu