Tiểu luận: Ứng dụng phương pháp huỳnh quang tia X trong khoa học và kỹ thuật pot

Trang 1
1.1.1
………… o0o…………

Tiểu luận
Ứng dụng phương pháp
huỳnh quang tia X trong
khoa học và kỹ thuật
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 2
Mục Lục
Mục Lục 2
Chương 2. Lý Thuyết Phát Xạ Huỳnh Quang Tia X 2
Chương 3. Các Ứng Dụng Của Phương Pháp Huỳnh 5
Tài Liệu Tham Khảo 27
Chương 2. Lý Thuyết Phát Xạ Huỳnh Quang Tia X
2.1 Cơ Chế Phát Xạ Huỳnh Quang Tia X
Khi một nguồn kích thích tia X sơ cấp từ một ống tia X hoặc từ nguồn đồng vị
phóng xạ chiếu vào mẫu, tia X có thể được hấp thụ bởi các nguyên tử hay phân tán
thông qua vật liệu. Quá trình trong đó một tia X được hấp thụ bởi các nguyên tử
bằng cách chuyển toàn bộ năng lượng của nó cho một electron trong cùng được gọi
là " hiệu ứng quang điện ". Khi electron ở các lớp K, L, M…. thoát ra ngoài, nguyên
tử ở trạng thái kích thích và các lỗ trống được lấp đầy bởi sự dịch chuyển electron ở
các lớp ngoài có mức năng lượng lớn hơn, mỗi sự chuyển mức đều có năng lượng
kèm theo và năng lượng này được sử dụng theo một trong hai cách:
 Dùng cho photon tia X – nghĩa là bức xạ huỳnh quang tia X
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Quang electron
Bức xạ phát ra từ
ống tia X hoặc
nguồn đồng vị

phóng xạ
e
−
E
Trang 3
 Dùng cho electron Auger – nghĩa là năng lượng tia X hoàn toàn bị
mất do hấp thụ trong phạm vi nguyên tử với kết quả là electron ở mức cao hơn
( lớp ngoài) sẽ thoát ra ngoài.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 4
2.2 Ưu Điểm Và Nhược Điểm
2.2.1 Ưu điểm
Huỳnh quang tia X thích hợp cho việc phân tích có liên quan đến:
- Phân tích được số lượng lớn các nguyên tố hóa học chính (Si, Ti, Al, Fe, Mn,
Mg, Ca, Na, K, P) trong đá và trầm tích.
- 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.
2.2.2 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.
- XRF phân tích không thể phân biệt các ion của cùng một 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.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật

Trang 5
Chương 3. Các Ứng Dụng Của Phương Pháp Huỳnh
Quang Tia X
3.1 Ứng Dụng Trong Xác Định Nguy Hại Và Nguyên Tố Vi Lượng Thiết
Yếu Trong Môi Trường Và Vật Liệu Sinh Học
3.1.1 Giới thiệu
Sự ô nhiêm môi trường do thiên nhiên hoặc do hoạt động của con người gây
ra, kết quả làm ô nhiễm bầu khí quyển, nước, đất…Do đó để nghiên cứu sự ô nhiễm
môi trường, cần tiếp cận một cách toàn diện, một loạt các mẫu đại diện cần phải
được phân tích đầy đủ trong phạm vi rộng các thông số. Điều này sẽ bao gồm việc
đo lường số lượng lớn các mẫu có bản chất khác nhau. Thông tin đầy đủ thu được
từ việc kiểm tra cấp độ ô nhiễm để theo dõi một cách toàn diện các đặc trưng của
chất gây ô nhiễm, thông tin sẽ cho biết các con đường gây ô nhiễm và phục vụ cho
việc quản lí, kiểm soát chúng. Từ những lí do trên, các yêu cầu đặt ra là phải phân
tích nhanh, không phá hủy mẫu và phân tích đồng thời nhiều nguyên tố. Phổ huỳnh
quang tia X phân tán năng lượng ( EDXRF) và kĩ thuật liên quan đáp ứng nhu cầu
này. Trong 20 năm qua máy EDXRF đã được phát triển mạnh mẽ. Gần đây, sự tiến
bộ trong detector sử dụng chất bán dẫn, trong xử lí tín hiệu số và trong hệ thống
máy tính điều khiển dữ liệu đã mở rộng ứng dụng của kĩ thuật này với chi phí thấp,
xác định nhanh nồng độ các nguyên tố trong mẫu. Lợi thế chính của kĩ thuật
EDXRF hơn các phương pháp khác là nó có khả năng phân tích được nhiều nguyên
tố, phương pháp chuẩn bị mẫu dễ dàng và phát hiện tốt giới hạn các nguyên tố. Một
lợi thế khác là chi phí bảo trì thấp cho phép EDXRF được sử dụng rộng rãi trong
các phòng thí nghiệm trên thế giới. Các bộ phận của EDXRF có sẵn trên thị trường,
các phòng thí nghiệm phổ kế tia X có thể lắp đặt dễ dàng và độc lập. IAEA thông
qua các dự án hợp tác để hỗ trợ các phòng thí nghiệm XRF, cung cấp phần mềm
phân tích và giúp đỡ bảo trì trang thiết bị. Cơ quan này cũng tham gia đào tạo đội
ngũ nhân viên chuyên nghiệp. Để hỗ trợ các hoạt động IAEA đã thành lập một
phòng thí nghiệm XRF tại Seibersdorf, Úc.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật

Trang 6
Tất cả các công việc thử nghiệm đã được tiến hành và kết quả đã thu được tại
phòng thí nghiệm XRF của IAEA. Phòng thí nghiệm được trang bị một hệ thống
XRF thương mại dùng cho các công tác phân tích thường xuyên, và một vài nhóm
làm việc với quang phổ kế EDXRF. Các kĩ thuật phân tích có thể bao gồm EDXRF
với bia thứ cấp, tổng phản xạ huỳnh quang tia X (TXRF), chùm vi mô XRF (μXRF)
và phổ kế XRF xách tay phân tích trực tiếp tại chỗ đồng vị phóng xạ ( PXRF). Các
phổ kế μXRF cũng được sử dụng để chụp cắt lớp tia X (μCT). Sử dụng những kĩ
thuật này, xác định nguy hại và nguyên tố vi lượng thiết yếu trong môi trường, mẫu
sinh học và đặc tính của mẫu hỗn tạp đã được thực hiện.
Mẫu EDXRF
sec.target
TXRF PXRF μXRF μCT
Mẫu
Sinh học
Gạo 
Xương người 
Mẫu
Môi trường
Đất  
Khí hạt nhân
ngưng tụ
 
Đất bị ô nhiễm
uranium

Bảng 1: Mẫu và các kĩ thuật quang phổ được sử dụng
3.1.2 Các loại máy sử dụng và điều kiện đo
Các phân tích XRF đã thực hiện sử dụng một vài phương pháp XRF và quang
phổ kế. Nó tùy thuộc vào phổ sử dụng, các mẫu phân tích được chuẩn bị ở dạng

viên nén, hạt được gửi trên bộ lọc polycarbonate ( EDXRF), chất lỏng - sau khi hòa
tan trong hệ thống lò vi sóng axit hòa tan ( TXRF) hoặc lọc hạt được gửi sau một
chu trình trước cô đặc hóa học ( EDXRF và TXRF), bột lỏng ( PXRF), hạt riêng lẻ
được gửi trên lá Mylar ( μXRF) và mẫu phút gắn kết những hạt riêng lẻ (μCT). Cấu
tạo của các phổ kế và điều kiện đo lường được mô tả dưới đây
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 7
3.1.2.a Phổ kế EDXRF với bia thứ cấp
Hai quang phổ kế được sử dụng. 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 (
2 3
, , ,Al O Co Mo Pd
, nhiệt phân than chì định hướng cao (HOPG)), một detector Si(Li)
( FWHM =150eV / 5.9keV, vùng kích hoạt 20mm
2
, cửa sổ Be 8μm ) . Việc đo
lường được thực hiện trong chân không, thời gian phân tích mỗi mẫu là 1800s
( 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/Al
2
O
3
, 30kV/Co , 30kV/Mo ,
44kV/Pd và 15kV/HOPG. Phân tích được điều khiển bởi hệ thống máy tính thu thập
dữ liệu. Các mẫu phân tích được chuẩn bị ở dạng viên nén với đường kính bằng 32
mm. Sự phân tích định lượng được sử dụng trong quang phổ kế thương mại dựa
trên cách tiếp cận thông số tán xạ cơ bản. Với mục đích phân tích trực tiếp không
khí hạt nhân ngưng tụ trên bộ lọc polycarbonate , hệ thống thứ hai là quang phổ kế
EDXRF sec.target đã được sử dụng. 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 30mm
2
, cửa sổ Be 8μm) 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.
3.1.2.b Quang phổ kế TXRF
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 30mm
2
, cửa
sổ Be 8μm). 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.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 8
Một hệ thống được thiết kế và lắp ráp tại phòng thí nghiệm IAEA
Hình 1: Quang phổ kế TXRF
3.1.2.c Quang phổ kế PXRF
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. Hiệu suất của quang phổ kế đã được xác nhận bằng cách phân tích phổ rộng
của các vật liệu liên quan dưới dạng bột và thực hiện tại chỗ xác định nguyên tố

trong mặt đất.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 9
Phổ kế cầm tay dựa trên đồng vị phóng xạ được thiết kế và lắp ráp tại phòng
thí nghiệm IAEA
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Lá chắn
bằng chì
Nguồn Fe-56
hình vành khuyên
Hộp đựng nguồn có
thể quay
Khung đỡ detector và
bản tản nhiệt
Nguồn cung
cấp
Nguồn Cd-109 hình
vành khuyên
Hộp đựng mẫu
bằng nhựa
Hình 2: Phổ kế cầm tay XRF
Trang 10
3.1.2.d Quang phổ kế μXRF/μCT
Một 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 12μm. 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 1-2μm. Hệ thống được trang bị
hai detector, detector Si(Li) ( FWHM = 160eV / 5.9keV, vùng kích hoạt 80mm

2
,
cửa sổ Be 8μm) và detector SD ( FWHM = 170eV / 5,9 keV, vùng hoạt động
2mm
2
, cửa sổ Be 8μm ). 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 0,25μs, 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 10
5
cps. Hệ thống
cũng được sử dụng để kiểm tra sự có mặt của Uranium giàu trong mẫu đất bị ô
nhiễm và cho hình ảnh 3D của một mảnh xương.
3.1.3 Chuẩn bị mẫu
Các mẫu được chuẩn bị bằng nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào các loại
mẫu, số lượng có sẵn, và lựa chọn các quang phổ kế thích hợp để thực hiện các
phân tích .
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 11
Mẫu Không có bất kì
sự chuẩn bị nào
(PXRF, EDXRF)
Các dạng
(PXRF,μXRF,
μCT )
Dạng viên
( EDXRF)

Hòa tan
( TXRF )
Mẫu sinh
học
Gạo Viên, không
có chất kết
dính
Xương
người
Đông khô
Mẫu môi
trường
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

Bảng 2: Bảng tóm tắt các dạng mẫu
3.1.3.a Mẫu sinh học
Mẫu sinh học được phân tích bao gồm gạo và mảnh xương. Gạo được nghiền
thành bột mịn, sau đó lấy 7g, ném thành viên có đường kính 32mm, không có chất
kết dính. Mẫu gạo được phân tích bởi EDXRF và phổ kế thương mại.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 12
Mẫu xương của một người bị loãng xương được chuẩn bị để thực hiện các
hình ảnh 3D μCT ( cấu trúc xương). Mảnh xương được đông khô. Mẫu xương được
đặt trên khung graphite 0.5mm và sau đó được quét trong phổ kế μCT.
3.1.3.b Mẫu môi trường
Mẫu môi trường bao gồm đất, không khí hạt nhân ngưng tụ và đất bị nhiễm
uranium.
Mẫu đất được chuẩn bị ở dạng viên bằng cách nén bột đồng nhất để tạo thành
viên dày, hoặc thêm vào chất kết dính để tạo thành dạng axit boric hoặc cellulose.
Sau đó, mẫu được đo bởi phổ kế EDXRF. Những mẫu này ở dạng bột được phân
tích bởi phổ kế PXRF và bề mặt đất có thể phân tích trực tiếp tại chỗ.
Mẫu không khí hạt nhân ngưng tụ ban đầu được phân tích bởi phổ kế EDXRF
mà không có bất kỳ sự chuẩn bị nào. Sau khi EDXRF phân tích, bộ lọc được nhúng
vào dung dịch có chứa cobalt trong một hệ thống lò vi sóng . Sau đó, một phần 2μL
được hút vào trong mẫu thạch anh và được đo bằng phổ kế TXRF
Đất bị nhiễm uranium được trải đều trên bề mặt một lá Mylar dày 2.5μm được
lắp vào một khung nhựa. Đường kính của mẫu đất trên lá Mylar khoảng 1cm. Mẫu
này được gắn vào phổ kế μXRF và được trải ra trong vùng 5mm x 5mm ( 51 điểm
ảnh x 51 điểm ảnh). Thời gian đo lường mỗi điểm ảnh là 1s đối với detector Si(Li)
và 0.3s đối với detector SD. Bằng cách kiểm tra tín hiệu truyền và tín hiệu huỳnh
quang trong một vùng nhỏ ( 1.5mm x 2.5mm) chứa hạt nhân nặng, hạt Uranium
giàu được lựa chọn và quét bằng cách sử dụng độ phân giải cao ( 251 điểm ảnh x
251 điểm ảnh) và thời gian đo dài hơn ( 5s trên mỗi điểm ảnh đối với huỳnh quang
và 2s trên mỗi điểm ảnh đối với tín hiệu truyền).

Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 13
3.1.4 Kết quả
3.1.4.a .Mẫu gạo
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 ở hình 3
Hình 3 : Sự thay đổi nồng độ các nguyên tố trong mẫu gạo
3.1.4.b Mẫu xương
Hệ μXRF được sử dụng để quét hình ảnh 3D của mẫu xương người bị loãng
xương. Phổ kế μCT đã quét được hình ảnh 3D trình bày ở hình 4
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Dãy nồng độ ( g.g
-1
)
Nguyên tố
Trang 14
Hình 4: Hình ảnh mẫu xương người bị bệnh loãng xương được quét bởi μCT.
3.1.4.c 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 5. Kết quả trình bày ở hình 5 thu được từ việc đo các mẫu IAEA-
Soil-7, CERAMIC-1 SARM 69 và mẫu Penrhyn Slate.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 15
Hình 5: Sự tương quan giữa nồng độ xác định và nồng độ cho của các nguyên tố
dựa trên sự đo ba mẫu IAEA-Soil-7, CERAMIC-1 SARM 69 , Penrhyn Slate.

3.1.4.d Mẫu khí hạt nhân ngưng tụ
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Nồng độ xác định được ( g.g
-1
)
Nồng độ cho ( g.g
-1
)
Hình 6: 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)
___ Đường làm khớp, độ dốc = 1.06
… Đường lí tưởng, độ dốc = 1
Trang 16
Hình 7: 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 khí lưỡng phân
3.1.4.e Mẫu đất nhiễm Uranium
Kĩ thuật μXRF 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 μm, dy = 6μm, thời gian đo mỗi điểm ảnh t = 5s đối với
tín hiệu huỳnh quang, t = 2s đối với tín hiệu truyền) được trình bày. Biểu đồ phân
bố nguyên tố Uranium giàu và các hạt khác được trình bày trên hình 8. Hình 9 cho
thấy sự trùng hợp giữa U và As.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Nồng độ trong không khí ( ngm
-3
)
Nguyên tố
Trang 17
Hình 8: Sự phân bố của các hạt, trình bày bởi tín hiệu Mo-Kα, các hạt U
giàu/ As giàu, K giàu, Fe giàu, Ca giàu được nhận biết bởi phổ huỳnh quang tia X.

Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 18
Hình 9: Phổ huỳnh quang tia X của các loại hạt được nhận biết trong mẫu đất
ô nhiễm Uranium
3.2 Ứng Dụng S2 Picofox Phân Tích Dấu Vết Nguyên Tố, Xác Định Tính
Xác Thực Và Kiểm Tra Độ Tinh Khiết Của Các Mẫu Dược Phẩm
3.2.1 Giới thiệu
Sự mô tả đặc điểm của những nhãn hiệu thuốc có tên thương mại và không có
tên thương mại là một nhiệm vụ cần thiết trong phân tích dược phẩm. Một vài kĩ
thuật phân tích thì thích hợp cho việc xác định sự phân bố kích thước hạt, hình thái
học và trạng thái phân bố. Đến nay, việc xác định thành phần hóa học của thuốc đã
không đạt được sự thỏa đáng do các yêu cầu chuẩn bị mẫu. Ngoài ra, thành phần
các nguyên tố của nguyên liệu thô và sản phẩm cuối cùng phải được phân tích
thường xuyên để tuân theo nội quy định.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Cường độ
Năng lượng ( KeV)
Trang 19
Ứng dụng của kĩ thuật huỳnh quang tia X (XRF) thông thường cho những
nhiệm vụ phân tích thì bị hạn chế do đòi hỏi cao về độ nhạy, trong nhiều trường hợp
số lượng mẫu nhỏ sẵn có và thiếu tiêu chuẩn định cỡ thích hợp. Sử dụng các
phương pháp khác để phân tích dấu vết nguyên tố giống như quang phổ hấp thụ
nguyên tử (AAS) hoặc quy nạp- cùng với plasma phát xạ quang phổ (ICP-OES) thì
thường bị giới hạn bởi số lượng mẫu, sự cần thiết cho việc hòa tan mẫu và những
hỗn hợp liên quan thì gặp khó khăn.
Với phổ tổng phản xạ huỳnh quang tia X (TXRF), số lượng mẫu dùng nhỏ hơn
milligram có thể được phân tích để theo dõi sự phân bố nguyên tố. Đó là phương
pháp dựa trên các nội tiêu chuẩn. Hơn nữa, phổ kế TXRF S2 PICOFOX không đòi
hỏi sự phá hủy mẫu, khí hoặc phương tiện làm lạnh.
Trong phần này áp dụng quang phổ TXRF để phân tích tính xác thực của các

mẫu dược phẩm. Sự khác nhau về phương diện thương mại của acid acetylsalicylic
là dựa vào các loại thuốc đã được kiểm tra bằng cách phân tích TXRF định tính và
định lượng
Với mục đích này 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
Để xác nhận sự phù hợp của các PICOFOX S2 để kiểm tra độ tinh khiết của
một nguyên liệu thô điển hình, natri clorua (NaCl) được trộn với hàm lượng As
khác nhau để xác định giới hạn phát hiện của chất gây ô nhiễm này.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 20
3.2.2 Những thông số đo lường
Phổ kế được trang bị một ống Mo (37W) và một detector Xflash Silicon Drift
30mm
2
. Mẫu được đo ở một điện áp cao 50 kV, 750 μA cho 1000 s.
3.2.3 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 75μm.
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
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Hình 10: Hình ảnh về Acetylsalicylic acid ( ASA) và
các thiết bị sử dụng
Trang 21
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, 10μl 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.
Hình 11: Phổ TXRF điển hình của ba loại thuốc ASA khác nhau:
Aspirin Bayer (màu xanh lá cây), Apirin Hexal (màu xanh da trời) và ASA
(màu đỏ), “không tên”
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 22
Bảng 3: Nồng độ các nguyên tố trong thuốc Aspirin
Hình 12: Sơ đồ phân tích tương ứng về thành phần nguyên tố của 5 loại thuốc
Aspirin khác nhau
3.2.4 Kết quả
3.2.4.a Kiểm tra tính xác thực của ASA
Hình 11 cho thấy quang phổ của các mẫu ASA khác nhau. 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
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Tất cả các giá trị trong mg/kg
Trang 23
thuốc. Như một số nguyên tố đại diện (Cl, Zn, Pb) khác nhau trong nồng độ được

thể hiện trong bảng 3.
Sự khác biệt của các loại thuốc ASA có thể được so sánh sau khi dữ liệu
chuyển đổi về những thành phần nguyên tố đặc trưng. Phép phân tích tương úng
này được biễu diễn bởi phép phân tích Biplot, đưa ra một sự giải thích về hình ảnh
của các thành phần hóa học (Hình 12). Kích thước của mỗi điểm dữ liệu đại diện
cho các lỗi của phép phân tích TXRF .Rõ ràng, tất cả các loại thuốc có thể được
phân tích một cách đáng tin cậy.
Sự lặp lại của các phép đo đã được chứng minh bằng mười lần sự chuẩn bị và
phân tích mẫu “Aspirin ,không tên, USA”. Bảng 4 cho thấy các giá trị trung bình
của các nguyên tố quan trọng nhất. Độ lệch tiêu chuẩn vượt quá một phạm vi chấp
nhận được chỉ trong trường hợp nồng độ gần với giới hạn phát hiện.
Bảng 4: Giá trị trung bình của các nguyên tố quan trọng trong mẫu "Aspirin,
không tên, Mỹ", trung bình của 10 phép đo.
3.2.4.b 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
(R
2
= 0,9972 , hình 13). 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.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 24
Những giới hạn phát hiện cho tất cả các phép đo được thể hiện trong bảng 5.
Trong tất cả các dung dịch kiểm tra thì giới hạn phát hiện As là đáng kể dưới 0,1
mg / kg.
Hình 13: Sự tương quan của các phép đo độ tinh khiết NaCl với sự nhiễm bẩn As
trộn vào
Nồng độ As thêm vào Giới hạn phát hiện
0 0.089
1 0.067
2 0.066

4 0.054
Trung bình 0.069
Bảng 5:Giới hạn phát hiện của As trong NaCl
3.2.5 Kết luận
Sự khác biệt trong thành phần nguyên tố, đặc biệt là P, S, Cl, Ca, Fe, Zn, Sr,
Pb của năm loại thuốc aspirin khác nhau được xác định chính xác bằng phổ kế S2
PICOFOX TXRF.
Kết quả là tính xác thực của thuốc thử nghiệm đã được biểu diễn bằng một đồ
thị phân tích tương ứng. Phép phân tích định lượng cung cấp thông tin có giá trị, có
thể dẫn đến một sự xác định rõ ràng của các nhãn hiệu sản phẩm.
Ngoài ra, S2 PICOFOX đã được chứng minh để kiểm tra độ tinh khiết của
nguyên liệu, chất rắn hóa học. Nó thường được dùng trong sản xuất những dược
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Nồng độ của As trộn vào ( mg/kg)
Nồng độ As trong NaCl ( mg/kg)
Trang 25
phẩm. Sự nhiễm As của NaCl được đo một cách chính xác bằng cách phát hiện giới
xuống đến 70 ± 14ppb. Lợi ích cụ thể của TXRF để phân tích các dược phẩm so với
những phương pháp phân tích khác là:
+ Lượng mẫu cần thiết là cực kỳ thấp (dưới mg )
+ Việc chuẩn bị mẫu là nhanh chóng và đơn giản cho những ứng dụng thông
thường + Dụng cụ định cỡ và việc sử dụng định cỡ tiêu chuẩn là không cần thiết
+ Tất cả các nguyên tố có thể phát hiện được phân tích cùng một lúc
3.3 Một Số Ứng Dụng Khác
3.3.1 Trong phân tích hình ảnh
Phổ kế μXRF phân tích hình ảnh của một bản viết tay cổ đại Nepal đã xác
định được bột màu bao gồm: đỏ son (HgS), diachlon (Pb
3
O
4

), 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 (PbCrO
4
)
Hình 14: Thành phần của bản viết tay cổ đại Nepal
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật