Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 1)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 2)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 3)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 5)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 6)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 7)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 8)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 9)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 10)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 11)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 12)

CHIỀU DÀY CỬA SỔ:

Các ống tia X thường gắn liền với cửa sổ Beryllium và ít hấp thụ tia X. Cường độ chùm tia X năng lượng thấp trong phổ liên tục phụ thuộc nhiều vào chiều dày cửa sổ. Các ống tia X chuẩn nhất đều được lắp cửa sổ Be dày 125μ. Các ống tia có cửa sổ mỏng hơn có thể dùng để kích thích tốt hơn đối với các nguyên tố nhẹ. Lấy ví dụ: Chùm tia X mềm đi qua (Hiệu quả để kích hoạt các nguyên tố nhẹ) được cải thiện ít nhất là 20% khi chiều dày cửa sổ được giảm từ 125μ xuống 75μ.

SỰ TÁN XẠ (DISPERSION):

Cơ cấu tán xạ được ví như trái tim của phổ kế WD - XRF. Nó gồm các bộ phận: Các bộ chuẩn trực sơ cấp và thứ cấp (Dạng tinh thể phẳng) hoặc cách tử tới và cách tử nhiễu xạ (Dạng tinh thể hội tụ), các tinh thể và các detector. Tuỳ thuộc vào hình dạng quang học có thể phân chia phổ kế XRF thành hai loại như sau:

- Thiết bị phổ kế tuần tự (Sequential): Theo truyền thống, phổ kế tuần tự dùng một “Tinh thể phẳng” hoặc “Chùm tia song song” để chọn các góc giữa tinh thể và detector bằng một dụng cụ được gọi là giác kế (Goniometer). Goniometer là một cơ cấu quay, ở đó tinh thể và detector có sự dịch chuyển của từng cặp góc θ và 2θ. Hình dạng của phổ kế với các bộ phận chính như thế được minh hoạ trên hình C.9 và phác hoạ của một Goniometer ARL trên hình C.11.

- Thiết bị phổ kế đồng thời (Simultaneous): Hình C.10 minh hoạ loại phổ kế đồng thời (Hoặc loại kênh cố định) ở đó người ta sử dụng “Chùm tia hội tụ”. Các tinh thể cong được dùng thay cho tinh thể phẳng, bán kính cong là hàm của dải bước sóng vạch phổ được đo. Hơn nữa, các ống chuẩn trực được thay bằng các cách tử mà độ rộng và chiều cao của chúng đều được xác định lại cho từng bước sóng. Loại kết cấu này được dùng để đo nguyên tố định trước và toàn bộ các tham số đều được ấn định theo bước sóng của vạch phổ cần đo. Một phổ kế đồng thời có thể lắp được tới 30 kênh cố định, mỗi kênh được thiết kế để đo một vạch. Các phổ kế dạng ARL 8680 là một loại thiết bị như thế (Gồm cả tuần tự và đồng thời).
 
CÁC BỘ PHẬN CỦA THIẾT BỊ:

Phần này là giải thích những nguyên lý cơ bản được đề cập đến trong phổ kế WD (Cả đồng thời và tuần tự). Như đã nói ở trên, tinh thể là bộ phận cốt yếu của các phổ kế. Một số khái niệm liên quan tới chúng được giải thích ở phần tiếp theo.

GIÁC KẾ (GONIOMETER):

Các vị trí chính xác của tinh thể và detector đều được chỉ thị bằng hai bộ mã hoá quang học dựa theo vân sáng nhiễu xạ (Moire fringes). Hệ thống chuyển động không có bánh răng này đảm bảo độ chính xác và khả năng tái lập vị trí tốt hơn so với hệ thống bánh răng. Do đó phép đo tuần tự bao gồm việc định vị tinh thể ở góc θ cho trước, detector ở góc 2θ và phép đếm trong một khoảng thời gian ấn định. Sau đó tinh thể và detector lại cùng được quay tới một góc khác để đo vạch nguyên tố khác... Vì vậy giác kế sẽ đưa ra kết quả phân tích mẫu định tính và bán định lượng khi nó được quét hết toàn bộ dải các bước sóng để nhận biết các nguyên tố có trong mẫu. Trong phân tích định lượng khi đã biết các nguyên tố có trong mẫu, người ta có thể điều chỉnh tinh thể và detector ở vị trí đỉnh (Peak) của vạch và đếm trong thời gian ấn định, sau đó dịch khỏi đỉnh để đo các điểm phông nền (Background) và các nguyên tố tiếp theo. Một ống chuẩn trực thứ cấp được đặt giữa tinh thể và detector để định hướng chùm nhiễu xạ cần đi vào detector đồng thời hạn chế các bức xạ không muốn có đi cùng.
 
CÁC ỐNG CHUẨN TRỰC (COLLIMATORS):

Các ống chuẩn trực sơ cấp và thứ cấp thường được làm từ một loạt các tấm (Lá) song song. Độ dài và khoảng cách giữa các tấm xác định góc phân kỳ tạo được qua ống chuẩn trực. Góc phân kỳ này cùng với tinh thể “Cong rung”(*) (Độ rộng Profile nhiễu xạ) xác định độ phân giải của phổ nhận được. Người ta có thể cải thiện độ phân giải bằng cách thu hẹp khoảng cách khe của ống chuẩn trực để giảm thiểu góc phân kỳ. Nhưng sau đó dạng photon bị chắn qua ống dẫn tới giảm cường độ. Vì vậy phải có sự thoả hiệp giữa độ phân giải (Cần tránh đè vạch phổ chính) và độ nhạy (Liên quan đến cường độ).
 
(*) “Rocking curve”: Tạm dịch là “Cong rung” cách nói diễn tả tinh thể được dùng để tạo ra Profile nhiễu xạ có hình dạng thực tế là đường cong nhấp nhô như bị rung.

Thông thường các ống chuẩn trực được chọn phù hợp với góc phân kỳ thực của tinh thể, góc phân kỳ này thay đổi theo từng loại tinh thể. Một số loại tinh thể có độ phân giải cực tốt trong khi một số khác lại có Profile nhiễu xạ rất rộng (Phân giải kém). Nhằm mục đích này, các phổ kế tuần tự của hãng ARL được cung cấp theo 3 loại ống chuẩn trực: Mịn, trung bình và thô. Ống chuẩn trực mịn được dùng cho hầu hết các nguyên tố nặng, loại trung bình dùng cho các nguyên tố giữa dải và loại thô dùng cho các nguyên tố nhẹ.

CÁC TINH THỂ (CRYSTALS):

Một tinh thể có thể xem như một chất rắn gồm các nguyên tử được sắp xếp theo mô hình tuần hoàn trong không gian 3 chiều. Trong mỗi mạng tinh thể, mặt phẳng mà tại đó nguyên tử xếp thành hàng được gọi là mặt phẳng tinh thể. Các mặt phẳng trong mạng được định hướng theo chỉ số Miller (h k l). Phương pháp xác định chỉ số Miller như sau:

1) Tìm những điểm tại đó mặt phẳng đã cho cắt các trục toạ độ cơ sở và viết toạ độ của những điểm đó theo đơn vị hằng số mạng.

2) Lấy những giá trị nghịch đảo của những số trên và đưa chúng về những số nguyên bé nhất bằng cách nhân với một số nào đó. Viết kết quả trong ngoặc đơn (h k l). Đối với những mặt phẳng cắt trục toạ độ ở vô cực th. giá trị nghịch đảo là 0.

Ví dụ: Các chỉ số Miller của những mặt phẳng quan trọng:
     
Phân cách giữa các mặt phẳng (Khoảng cách giữa hai mặt phẳng kế cận bất kỳ của cùng một tinh thể) được ký hiệu là d.

Người ta thường quan tâm các giá trị 2d của tinh thể và từ đó người ta sẽ sử dụng chúng trong các ứng dụng về sau.

NHIỄU XẠ (DIFFRACTION):

Các mặt phẳng tinh thể phản xạ chùm tia X giống hệt như các gương phản xạ ánh sáng. Chỉ có khác biệt quan trọng nhất là các mặt phẳng tinh thể chỉ phản xạ chùm tia X khi thoả m.n các điều kiện nhất định, phản xạ chọn lọc này được hiểu là nhiễu xạ.
 
Nhiễu xạ có thể được xem như giao thoa kết hợp, có nghĩa là khi các photon tia X (Coi như sóng) được phản xạ một cách thích hợp, chúng chịu sự cộng sóng tăng cường. Ở đó chỉ có nhiễu xạ khi chùm tia X được tăng cường về biên độ của chúng, còn ngoài ra chúng bị triệt tiêu. Điều kiện quan trọng nhất được gọi là “Định luật nhiễu xạ Bragg”. Định luật này nói rằng nếu một mặt phẳng mạng có khoảng cách mạng là d; phản xạ một bước sóng λ, thì chênh lệch giữa sóng này và sóng phản xạ từ mặt phẳng kế cận theo chiều dài quãng đường đúng bằng khoảng cách 2dsinθ.

Hiệu ứng này được minh hoạ trên hình C.14. Khi chênh lệch độ dài quãng đường (Hiệu quang lộ) bằng toàn bộ số bước sóng, chùm tia X phản xạ là kết hợp, mặt khác chúng triệt tiêu lẫn nhau. Người ta có thể tóm tắt điều này bằng phương trình Bragg sau:

  Định luật Bragg

Với n  Số nguyên (1, 2, 3...) được gọi là bậc nhiễu xạ
       d  Khoảng cách mạng của mặt phẳng tinh thể được sử dụng (Hằng số mạng). Đơn vị đo là Angstrom (1A0 = 10-10m).
       θ  Góc Bragg hoặc góc nhiễu xạ - Đơn vị độ góc
       λ   Bước sóng của vạch phổ - Đơn vị độ góc.

Như vậy, từ mối quan hệ này chúng ta thấy rằng đối với mỗi mặt phẳng tinh thể và mỗi bậc nhiễu xạ đã cho, mỗi bước sóng trong phổ XRF tới chỉ được nhiễu xạ ở một góc duy nhất. Bước sóng cực đại mà mỗi mặt phẳng tinh thể có thể nhiễu xạ là 2d của chính nó (Khi Sinθmax = 1).

Vì thế người ta cần các tinh thể hay các mặt phẳng tinh thể có các giá trị 2d khác nhau để nhận được các dải bước sóng khác nhau qua bảng tuần hoàn. Ngày nay đã có một số tinh thể thích hợp dùng để nhiễu xạ, một số loại là vô cơ (LiF) và một số loại là hữu cơ (PET) trong tự nhiên.