XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NGUYÊN TỐ TRONG XI MĂNG VÀ GẠCH MEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN

NGUYỄN NGỌC VÂN

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NGUYÊN TỐ
TRONG XI MĂNG VÀ GẠCH MEN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG TIA X
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân và năng lượng cao
Mã ngành: 60 44 05

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2014


Mục đích nghiên cứu
Một số phương pháp phân tích định lượng
huỳnh quang tia X trên hệ đo XRF tại Bộ Mơn

Chuẩn ngoại
tuyến tính

Ca trong
xi măng

Chuẩn nội

Hàm kích thích

Fe trong
gạch men

Đánh giá khả năng phân tích trên hệ XRF


Nội dung
1 Tổng quan lý thuyết
2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca
3

Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe

4 So sánh và đánh giá kết quả

Kết luận và kiến nghị


1 Tổng quan lý thuyết
1.1. Các quá trình xảy ra huỳnh quang tia X

Hình 1.1. Hiện tượng tương tác quang điện


1 Tổng quan lý thuyết
1.2. Cường độ tia huỳnh quang thứ cấp xảy ra khi kích thích
mẫu

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý phương pháp XRF
(1.1)

2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.1. Hệ phân tích XRF tại Bộ mơn Vật lý Hạt nhân

Hình 2.1. Hệ đo XRF và chương trình DppMCA


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.2. Chuẩn bị và xử lý mẫu

Mẫu A: Thái Lan

Mẫu B: Lavilla

Mẫu C: Vincen

Mẫu D: Fico

Mẫu E: Holcim

Mẫu F: Vichico

Hình 2.2. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu

Các mẫu sử dụng
Hình 2.3. Các dụng cụ xi măng khi xử lý mẫu


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng

2.3. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
2.3.1. Phương pháp thực nghiệm
IKα(Ca)

I0
1-τ

(2.2)

=
(2.1)
Hệ số a và b
• Xây dựng phương trình đường chuẩn
khối lượng có dạng: I = f(w).
• Làm khớp hàm: I = f(w).
• Suy ra các hệ số a và b.


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.3. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
2.3.2. Chuẩn bị mẫu
Bảng 2.1. Khối lượng các loại mẫu trong phương pháp chuẩn
ngoại tuyến tính
Loại mẫu

Thành phần

Phân tích

Tổng khối

lượng mỗi mẫu

1,00g mẫu
1,00g

So sánh

Hàm lượng Ca: 15% - 50% + NaF
Các mẫu so sánh
Các mẫu phân tích


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.3. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
2.3.2. Kết quả xác định hệ số a và b
Bảng 2.2. Kết quả thực nghiệm của các mẫu so sánh
2000
f(x) = 241.11x + Cường độ IKα a = 3524
403.27
b = 129,5
Tên mẫu R² = 0.98
1500
(số đếm)
Giá trị cường độ Ca 15%
I(α) 1000
632 ± 3,81%
500
Ca 20%
844 ± 3,14%
Ca 30% 00 1 2 3 4 5 12177± 3,58%

6
Ca 35% Khối lượng Ca (g)1399 ± 3,47%
Ca 40%
1503 ± 3,39%
Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ bức
Ca 50%
1888
xạ đặc trưng của Ca đối với khối lượng Ca ± 3,22%


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.3. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
2.3.3. Kết quả xác định IKα(Ca)
Bảng 2.3. Kết quả IKα(Ca) sau khi hiệu chỉnh của các mẫu phân tích
Tên mẫu

Cường độ IKα(Ca) (số
đếm)

Tên mẫu

Cường độ IKα(Ca) (số đếm)

A1

1858 ± 3,47%

D1

1429 ± 3,75%

A2

1789 ± 3,71%

D2

1456 ± 3,67%

A3

1803 ± 3,04%

D3

1560 ± 2,58%

B1

1527 ± 2,14%

E1

1664 ± 2,86%

B2

1563 ± 3,29%

E2

1666 ± 3,44%

B3

1501 ± 3,86%

E3

1636 ± 3,61%

C1

1623 ± 3,34%

F1

1502 ± 3,55%

C2

1614 ± 3,37%

F2

1520 ± 4,12%


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.3. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính

2.3.3. Kết quả tính hàm lượng Ca
Bảng 2.3. Kết quả tính hàm lượng Ca trung bình và sai số tương ứng
Tên mẫu Hàm lượng trung bình của Ca (g/g) Sai số trung bình
A

0,4792

0,0100

B

0,3974

0,0071

C

0,4162

0,0089

D

0,3857

0,0078

E

0,4329

0,0088

F

0,3943

0,0092


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.4. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
2.4.1. Phương pháp thực nghiệm

wCa =
ϕ.wTi

Hệ số cường độ ϕ
• Lập đồ thị:
IKα(Ca)μCa
IKα(Ca)
= f(wCa) =
(2.4)
μTi
(2.3) IKα(Ti)
a.wCa
IKα(Ti)
• Suy ra giá trị:ϕ = 1
a.wTi (2.5)
IKα(Ti) = It – k.IKα(Ca)

(2.6) = IKα(Ti) + IKβ(Ca)
• It
IKβ(Ca)
• (2.7)
k=
IKα(Ca)

(2.8)


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.4. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
2.4.2. Chuẩn bị mẫu
Bảng 2.4. Khối lượng các loại mẫu trong phương pháp chuẩn nội
Loại mẫu

Thành phần

Phân tích

1,00g mẫu + 0,07g TiO2

So sánh

Hàm lượng Ca: 20% - 50% + 0,07g TiO2 +
NaF

Tổng khối
lượng mỗi mẫu

Hiệu chỉnh

1,00g mẫu + mẫu phân tích
Các 0,07g NaF

Các mẫu so chỉnh
Các mẫu hiệusánh

1,07 g


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.4. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
2.4.3. Kết quả xác định hệ số cường độ ϕ
Bảng 2.5. Hệ số suy giảm khối ứng với Kα(Ca)= 4,01 keV và
Bảng 2.6. Kết quả cường độ IKα(Ca) và IKα(Ti) sau khi hiệu
Kα(Ti)= 4,51 keV
chỉnh.
Hệ số suy giảm khối μ (cm2/g) độ IKα(Ti) (số
Cường
Tên mẫu
Cường độ IKα(Ca) (số đếm)
Kα(Ti)= 4,51 đếm)Tỷ số
Tên mẫu
μCa/μTi
4,01 keV
Ca 20% Kα(Ca)=829 ± 2,43%
561 ± 6,38%
keV
Ca 30%

Ca 20%
Ca 40%

Ca 30%
Ca 45%

Ca 40%
Ca 50%

Ca 45%

1327 ± 1,90%

200,0

1524 ± 1,83%

188,1

1602 ± 1,83%

176,1

1819 ± 1,96%

169,8

257,1
310,0

372,9
169,8

491 ± 5,42%

0,7779

306 ± 4,98%

0,6068

259 ± 5,00%

0,4722

241 ± 5,58%

0,4178


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.4. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
2.4.3. Kết quả xác định hệ số cường độ ϕ
3 2.8. Kết quả trị định hệ số Ca và độ trị tỷ số y tương ứng
Bảng 2.7. Bảng giáxác khối lượng cường giá ϕ từ bộ mẫu so sánh
f(x) = 0.43x + 0.83
a = 5,324

2.5 R² = 0.95
Tên 2 Tên mẫu lượng Khối lượng Ca (g)

mẫu Khối
Ti (g) Hệ số cường
Giá trị y 1.5

Ca 20% 20% 0,0422
Ca

0,21414,4530

0.5 Ca
Ca 30% 30% 0,0421

độ ϕ Giá trị y ϕtb
Giá trị

0,32134,4657

1

Ca

0
0.5
40% 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
0,0422
4,4530

Ca 40%

0,4282

1,1495
1
ϕ = a.wTi
1,6399
4,4511±0,1076
2,3520

Khối lượng Ca (g)

Ca 45% 45% 0,0424
Ca

0,47894,4341
Hình 2.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tỷ số y đối với
Ca 50% 50% 0,0422
4,4530
Ca
khối lượng Ca 0,5358

2,5884
2,8029


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.4. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
2.4.3. Kết quả xác định tỷ số k
Bảng 2.8. Kết quả xác định tỷ số k từ bộ mẫu hiệu chỉnh
Tên mẫu

Cường độ
IKα(Ca) (số
đếm)

Cường độ
IKβ(Ca) (số
đếm)

Tỷ số k

H1

1586 ± 3,90%

335 ± 3,71%

0,2112 ± 0,0197

H2

1530 ± 3,38%

340 ± 4,99%

0,2222 ± 0,0173

H3

1518 ± 3,17%

336 ± 3,50%

0,2213 ± 0,0265 0,2136±0,0050

H4

1534 ± 3,49%

336 ± 4,19%

0,2190 ± 0,0177

H5

1614 ± 4,12%

315 ± 2,69%

0,2001 ± 0,0225

Giá trị ktb


2 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Ca trong xi măng
2.4. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
2.4.5. Kết quả tính hàm lượng Ca
Bảng 2.9. Kết quả tính hàm lượng trung bình và sai số tương ứng
Tên mẫu Hàm lượng trung bình của Ca (g/g)

Sai số trung bình

A

0,4814

0,0260

B

0,3942

0,0203

C

0,4211

0,0196

D

0,3828

0,0188

E

0,4299

0,0211

F

0,3876

0,0215


3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men
3.1. Chuẩn bị và xử lý mẫu

Mẫu A: American Mẫu B: Tô Thành
Phát
Home

Mẫu C: Royal

Mẫu D: Ý Mỹ

Mẫu E: Vitaly

Mẫu F: Rotic

Hình 3.2. Sơ đồ gạch men dạng thơ
Hình 3.1. Hình ảnh các mẫu quy trình xử lý mẫuvà dạng bột


3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men
3.2. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
3.2.1. Phương pháp thực nghiệm

wFe=
ϕ.wCo

Hệ số cường độ ϕ
• Lập đồ thị:
IKα(Fe) μFe
IKα(Fe)
= f(wFe) =
(3.2)
μCo
(3.1) IKα(Co)
a.wFe
IKα(Co)
• Lập đồ thị: ϕ = 1
(3.3)
a.wC
o
IKα(Co) = It – k.IKα(Fe)
(3.4) = IKα(Co) + IKβ(Fe)
• It
IKβ(Fe)
• (3.5)
k=
IKα(Fe)

(3.6)


3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men

3.2. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
3.2.2. Chuẩn bị mẫu
Bảng 3.1. Khối lượng các loại mẫu trong phương pháp chuẩn nội
Loại mẫu

Thành phần

Phân tích

1,00g mẫu + 0,01g Co2O3

So sánh

Hàm lượng Fe: 1% - 10% + 0,01g Co2O3 +
NaF

Hiệu chỉnh

1,00g mẫu + 0,01g NaF

Tổng khối
lượng mỗi mẫu

Các mẫu hiệu chỉnh
Các mẫu phân tích
Các mẫu so sánh

1,01 g

3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men
3.2. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
3.2.3. Kết quả xác định hệ số cường độ ϕ
Bảng quả Hệ số suy giảm và ứng với Kα(Fe)= 6,40 keV
Bảng 3.3. Kết 3.2. cường độ IKα(Fe)khốiIKα(Co) sau khi hiệu chỉnh và
Kα(Co)= 6,93 keV
Hệ số suy giảm khối μ (cm2/g)
Tên mẫu Cường độ IKα(Fe) (số đếm) Cường độ IKα(Co) (số đếm)
Tỷ số
Tên mẫu
Kα(Fe)= 6,40 keV Kα(Co)= 6,93 keV μCa/μTi
Fe 1%
137 ± 8,37%
686 ±10,35%
Fe 3% Fe 1%
Fe 3%
Fe 5%
Fe 5%
Fe 8%
Fe 8%

467 ± 46,43
5,46%
46,93
730 ± 4,62%
47,43
1110 ± 4,07%
48,18

36,73 ± 8,20%1,2641

694
37,14
1,2636
566 ± 7,65%
37,56
1,2628
542 ± 7,42%
38,18
1,2619

Fe 10%Fe 10%

1160 ±48,68
3,72%

451
38,59 ± 7,54%1,2615


3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men
3.2. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
3.2.3. Kết quả xác định hệ số cường độ ϕ
Bảng 3.4. Bảng giáxác khối lượng cường giá ϕ từ bộ mẫu so sánh
tương
4 3.5. Kết quả trị định hệ số Fe và độ trị tỷ sốay= 31,65ứng
f(x) =
Khối
3 Tên mẫu0.77x - 0.6 lượng Fe (g) độ ϕ Giá trị y ϕtb
Tên mẫuR²Khối lượng Co(g) Hệ số cường
Giá trị

= 0.99
0,01034,3366
0,2524
Giá trị y 2 Fe 1% 0,0073
Fe 1%
1
1
ϕ = a.wC
Fe 3% 0,0086
0,03133,6862
0,8503
Fe 3%
o
0
4 4.5 5 5.5
1,6287
Fe 0.5Fe 5% 2 2.5 3 3.50,05143,8802
5% 1 1.5 0,0081
3,9899±0,1197
Khối lượng Fe (g)
Fe
0,08124,0213
2,5844
Fe 8% 8% 0,0079
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tỷ số y đối với
Fe
0,10134,2533
Fe 10% 10% 0,0074
khối lượng Fe

3,2446


3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men
3.2. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
3.2.4. Kết quả xác định tỷ số k
Bảng 3.6. Kết quả xác định tỷ số k từ bộ mẫu hiệu chỉnh
Tên mẫu

Cường độ
IKα(Fe) (số
đếm)

Cường độ
IKβ(Fe) (số
đếm)

Tỷ số k

H1

789 ± 4,15%

160 ± 8,81%

0,2028 ± 0,0197

H2

1031 ± 3,22%

217 ± 7,54%

0,2105 ± 0,0173

H3

431 ± 4,82%

87 ± 12,23%

0,2019 ± 0,0265 0,2053 ± 0,0089

H4

739 ± 3,69%

152 ± 7,78%

0,2057 ± 0,0177

H5

431 ± 5,16%

87 ± 9,90%

0,2019 ± 0,0225

Giá trị ktb

3 Quy trình thực nghiệm xác định hàm lượng Fe trong gạch men
3.2. Thực nghiệm theo phương pháp chuẩn nội
3.2.5. Kết quả tính hàm lượng Fe
Bảng 3.7. Kết quả tính hàm lượng trung bình và sai số tương ứng
Tên mẫu Hàm lượng trung bình của Fe (g/g)

Sai số trung bình

A

0,0099

0,0007

B

0,0262

0,0021

C

0,0347

0,0029

D

0,0383

0,0033

E

0,0246

0,0021

F

0,0283

0,0023