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

GVHD: Phạm Nguyễn Thành Vinh
SVTH: Phan Hoàng Chinh
Phạm Văn Nhân
Nguyễn Văn Duẫn
Nguyễn Công Điền

Nội Dung Chính
•
Xác Định Nguy Hại Và Nguyên Tố Vi Lương Thiết
Yếu Trong Môi Trường Và Vật Liệu Sinh Học
•
Phân Tích Dấu Vết Nguyên Tố, Xác Định Tính Xác
Thực Và Kiểm Tra Độ Tinh Khiết Của Các Mẫu
Dược Phẩm
•
Các Ứng Dụng Khác

Xác Định Nguy Hại Và Nguyên Tố Vi Lương
Thiết Yếu Trong Môi Trường
Và Vật Liệu Sinh Học
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

Trang 1

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). 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/ ,30kV/Co , 30kV/Mo , 44kV/Pd và
15kV/HOPG
2 3
, , ,Al O Co Mo Pd
2
20mm
2 3
Al O
Trang 2

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) 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
Trang 3


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). 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
Trang 4

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

Trang 5

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.
Trang 6

Hệ thống được trang bị hai detector, detector Si(Li)
( FWHM = 160eV / 5.9keV, vùng kích hoạt ,
cửa sổ Be 8μm) và detector SD ( FWHM = 170eV /
5,9 keV, vùng hoạt động , 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 105cps.

2
2mm
2
80mm
Trang 7

Chuẩn bị mẫu
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
Trang 8

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
ở hình
Mẫu gạo
Trang 9
Nồng độ

Mẫu Xương
Trang 10

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.
___ Đường làm khớp, độ dốc = 1.06
… Đường lí tưởng, độ dốc = 1
Nồng độ cho ( g.g
-1
)
Trang 11
Nồng độ xác định

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
khí lưỡng phân
Trang 12
Năng lượng ( keV)
Mẫu thô
Mẫu tinh khiết

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 trên hình .
Trang 13

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
Trang 14

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 μA cho 1000 s.
2
30mm
Trang 15

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.
Trang 16

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, 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.
Trang 17

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
Trang 18
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.
Trang 19 Nồng độ As trộn vào ( mg/kg)
Nồng độ As đo được
Trong NaCl

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
mg / kg.
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
Trang 20

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 (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
Trang 21

Trong pháp y
•
Kỹ thuật μXRF 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
Trang 22
Một số hình ảnh dấu vân tay
được phát hiện bởi μXPF

Ưu Điểm Và Nhược Điểm

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.
Trang 23