báo cáo hiệu chỉnh hiệu ứng matrix trong phép phân tích huỳnh quang tia x đối với mẫu hai thành phần fe cr

LOGO
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
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
HIỆU CHỈNH HIỆU ỨNG MATRIX TRONG PHÉP
PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X ĐỐI VỚI
MẪU HAI THÀNH PHẦN Fe – Cr
Đề tài:
SVTH: HUỲNH THỊ THU HƯƠNG
CBHD: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG
CBPB: ThS. NGUYỄN HOÀNG ANH
TP. HỒ CHÍ MINH - 7/2014
1
NỘI DUNG
TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
1
THỰC NGHIỆM
2
SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4
2
1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
1.1. Tương tác của tia X với vật chất
 
t
-μ E .x
0

I(E) = I (E).e
Hình 1.1. Sự tương tác của tia X với vật chất
(1.1)
3
1.1.1. Tán xạ
Hình 1.2. Quá trình tán xạ Compton
Hình 1.3. Quá trình tán xạ Rayleigh
1.1.2. Hiệu ứng quang điện
Hình 1.4. Quá trình hiệu ứng quang điện
Hình 1.5. Quá trình hiệu ứng Auger
4
1.2. Nguồn phát tia X
Nguồn phát tia X
thông thường
Nguồn đồng vị Máy phát tia X
5
Hình 1.6. Phổ nguồn Fe
55
được ghi nhận với
detector XR – 100SDD
Hình 1.7. Phổ nguồn ống phát tia X bia Ag
1.3. Các phương pháp phân tích XRF thông thường
- Phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
- Phương pháp phân tích với mẫu mỏng
- Phương pháp chuẩn nội
- Phương pháp chuẩn độ nhạy
- Phương pháp hàm kích thích
- Phương pháp dùng tỉ số cường độ đỉnh
1.4.2. Các mô hình hiệu chỉnh hiệu ứng matrix
Các mô hình hiệu chỉnh

hiệu ứng matrix
Thuật toán hệ số ảnh hưởng
Hệ số không đổi
Thuật toán
Lachance - Traill
Thuật toán de Jongh
Hệ số thay đổi
Thuật toán
Claisse - Quintin
Thuật toán COLA
Thuật toán tham số cơ bản
6
1.4. Hiệu ứng matrix và các mô hình hiệu chỉnh
1.4.1. Hiệu ứng matrix
Hiệu ứng matrix
Hiệu ứng hấp thụ
Hiệu ứng hấp thụ
sơ cấp
Hiệu ứng hấp thụ
thứ cấp
Hiệu ứng tăng cường
1.4.3. Mô hình hiệu chỉnh hiệu ứng matrix được đề nghị trong khóa luận
i i lin,ij j ijk j k
j i j i k>j,k i
w = R .(1 + α .w + α .w .w )
  
  
lin,ij ij ijj j
α = α + α .w
lin,ij ij ijj m

α = α + α .w
mi
w = 1 - w
2
i i ij j ijj j ijj n j
w = R .(1 + α .w + α .w + α .w .w )
i
i
ij ijj m
j
w
- 1
R
= α + α .w
w
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
7
Năm 1967, Claisse – Quintin đã đưa ra phương trình thuật toán hiệu chỉnh matrix
có dạng:
Năm 1976, Tertian đã sửa đổi phương trình (1.3) thành:
Giả sử trong mẫu chỉ có hai nguyên tố i, j và chất nền, ta có:
Để xác định các hệ số và ta lập đồ thị theo phương trình:
α
ij
α

ijj
*
i i i
w = w + Δw
2
* * * *
i i ij j ijj j ijj n j
w = R .(1 + α .w + α .w + α .w .w )
(bk)
i i j j
w = w .(1 + δ .Δw )
(bk) *
i
ii
*
i
I
w = w .
I
2
**
ij ijj j ijj n
i
* * * *
ij j ijj j ijj n j
α + 2α .w + α .w
δ =
1 + α .w + α .w + α .w .w
(n+1) (bk) (n) *
i i j j j

w = w .[1 + δ .(w - w )]
(0) (bk)
jj
w = w
(1.8)
(1.9)
(1.10)
(1.11)
(1.12)
(1.13)
(1.14)
8
Dùng một mẫu so sánh có hàm lượng các nguyên tố i, j rất gần với mẫu phân
tích. Hàm lượng thành phần của mẫu phân tích được tính từ mẫu so sánh như
sau:
Áp dụng phương trình thuật toán Claisse – Quintin đối với mẫu so sánh:
Lập tỉ số , ta được:
w
i
w
i
∗
Dùng w
i
(bk)
và δ
i
đã tính được áp dụng cho phương trình lặp:
2. THỰC NGHIỆM
Phương pháp

hiệu chỉnh matrix
Phương pháp
chuẩn ngoại tuyến tính
Khảo sát mẫu hai thành phần Fe - Cr
So sánh và đánh giá kết quả
2.1. Mục đích
Phân tích hàm
lượng của Fe, Cr
trong các mẫu
phân tích pha chế
So sánh đánh giá
kết quả phân tích
hàm lượng Fe, Cr
của 2 phương
pháp với kêt quả
hàm lượng pha
chế
9
2.2. Hệ phân tích XRF tại Bộ môn VLHN
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí hệ đo
10
2.3. Chuẩn bị mẫu
Hình 2.2. Bột Cr tinh khiết và bột Fe tinh khiết
Để mẫu khô ở
nhiệt độ phòng
Ray mẫu Sấy mẫu
Cân mẫu
Trộn mẫuĐóng gói mẫu
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình chuẩn bị mẫu
11

- Bột Fe có độ tinh khiết 98%
- Bột Cr có độ tinh khiết 99%
- Chất nền NaHCO
3
có độ tinh
khiết 100%
Hình 2.4. Ray kích cỡ 0,25 µm, đèn hồng ngoại và cân điện tử
Hình 2.5. Mẫu sau khi được đóng gói
12
2.3.1. Chuẩn bị mẫu so sánh
Bảng 2.1. Khối lượng pha chế của các mẫu so sánh
Tên mẫu
Khối lượng (g)
Fe Cr Chất nền
B1 0,90 1,80 0,30
B2 1,20 1,50 0,30
B3 1,80 0,90 0,30
C1 1,17 1,23 0,60
C2 1,23 1,17 0,60
C3 1,26 1,14 0,60
2.3.2. Chuẩn bị mẫu tinh khiết
Bảng 2.2. Khối lượng pha chế của các mẫu tinh khiết
Tên mẫu
Khối lượng (g)
Fe Cr Chất nền
D1 3,00 0 0
D2 0 3,00 0
13
2.3.3. Chuẩn bị mẫu phân tích
Bảng 2.3. Khối lượng pha chế của các mẫu phân tích

Tên mẫu
Khối lượng (g)
Fe Cr Chất nền
A1 1,20 1,20 0,60
A2 1,20 1,20 0,60
A3 1,20 1,20 0,60
A4 1,20 1,20 0,60
A5 1,20 1,20 0,60
A6 1,20 1,20 0,60
2.4. Chiếu và đo mẫu
Hình 2.6. Phổ ghi nhận của mẫu A3
14
Bảng 2.4. Kết quả cường độ phát tia X đặc trưng của các mẫu được ghi nhận bằng
phần mềm Amptek DppMCA
Loại mẫu Tên mẫu
Nguyên tố quan tâm
Fe
Cr
Cường độ I
Kα
Sai số Cường độ I
Kα
Sai số
Mẫu phân tích
A1
4496
1,69% 2850 2,15%
A2
5170
1,59% 2939 2,20%

A3
4537
1,59% 3024 1,95%
A4
4630
1,63% 2881 1,97%
A5
4916
1,54% 3058 1,89%
A6
4551
1,58% 2807 2,02%
Mẫu so sánh
B1
3666
1,78% 4736 1,54%
B2
4899
1,61% 4079 1,73%
B3
7859
1,29% 3338 1,87%
C1
4655
1,61% 2976 2,01%
C2
4978
1,56% 3168 1,88%
C3
4698

1,87% 3396 2,20%
Mẫu tinh khiết
D1
15939
0,83%
D2 7370 1,22%
15
2.5. Tách phổ và hiệu chỉnh thời gian chết
Bảng 2.5. Kết quả cường độ phát tia X đặc trưng của các mẫu sau khi xử lí phổ bằng phần
mềm Colegram và hiệu chỉnh thời gian chết
Loại mẫu Tên mẫu
Nguyên tố quan tâm
Fe Cr
Cường độ I
Kα
Sai số Cường độ I
Kα
Sai số
Mẫu phân tích
A1 4392 3,74% 3377 3,96%
A2 5823 3,66% 3412 3,18%
A3 4456 3,07% 3064 3,52%
A4 5097 3,61% 3089 3,35%
A5 4927 3,48% 3094 4,28%
A6 4861 3,48% 3488 3,77%
Mẫu so sánh
B1 3628 3,60% 4825 3,67%
B2 4259 4,02% 4214 3,53%
B3 6489 3,90% 3151 3,91%
C1 4791 3,99% 3344 2,66%

C2 5007 3,43% 3076 3,39%
C3 5219 3,89% 3159 3,53%
Mẫu tinh khiết
D1
16724
3,82%
D2 7924 3,33%
16
2.6. Áp dụng mô hình hiệu chỉnh matrix cho mẫu hai thành phần Fe-Cr
2.6.1. Xác định các hệ số và
ij
α
ijj
α
Bảng 2.6. Cường độ tia X đặc trưng của mẫu B1, B2 và B3 sau khi tách phổ bằng
phần mềm Colegram và hiệu chỉnh thời gian chết
Tên mẫu
Nguyên tố quan tâm
Fe
Cr
Cường độ I
Kα
Sai số Cường độ I
Kα
Sai số
B1
3628
3,60% 4825 3,67%
B2
4259

4,02% 4214 3,53%
B3
6489
3,90% 3151 3,91%
i
i
ij ijj m
j
w
- 1
R
= α + α .w
w
(2.1)
17
Hình 2.7. Đồ thị biểu diễn các hệ số và
Hình 2.8. Đồ thị biểu diễn các hệ số và
FeCr
α
FeCrCr
α
CrFe
α
CrFeFe
α
18
Bảng 2.7. Kết quả các hệ số hiệu chỉnh dùng trong mô hình hiệu chỉnh matrix
Hệ số hiệu chỉnh Giá trị hệ số hiệu chỉnh
3,30 ± 0,09
-3,7 ± 0,2

0,4 ± 0,1
-1,2 ± 0,2
FeCrCr
α
CrFe
α
CrFeFe
α
FeCr
α
19
2.6.2. Xác định hàm lượng của Fe và Cr trong mẫu phân tích
Bảng 2.8. Cường độ tia X đặc trưng của các mẫu phân tích, mẫu C1, C2, C3 và mẫu
tinh khiết sau khi tách phổ bằng phần mềm Colegram và hiệu chỉnh thời gian chết
Loại mẫu Tên mẫu
Nguyên tố quan tâm
Fe Cr
Cường độ I
Kα
Sai số Cường độ I
Kα
Sai số
Mẫu
phân
tích
A1
4392
3,74% 3377 3,96%
A2
5823

3,66% 3412 3,18%
A3
4456
3,07% 3064 3,52%
A4
5097
3,61% 3089 3,35%
A5
4927
3,48% 3094 4,28%
A6
4861
3,48% 3488 3,77%
Mẫu so sánh
C1
4791
3,99% 3344 2,66%
C2
5007
3,43% 3076 3,39%
C3
5219
3,89% 3159 3,53%
Mẫu
tinh
khiết
D1 16724 3,82%
D2 7924 3,33%
(bk)
ii

w,δ
(n+1) (bk) (n) *
i i j j j
w = w .[1 + δ ×(w - w )]
(2.2)
20
Bảng 2.9. Kết quả tính toán hàm lượng của các mẫu phân tích tương ứng với từng
mẫu so sánh bằng phương pháp hiệu chỉnh matrix
Mẫu phân tích Mẫu so sánh
w(g/g)
Fe Cr
A1
C1
0,36 ± 0,02
0,43 ± 0,02
C2
0,35 ± 0,02
0,45 ± 0,03
C3
0,35 ± 0,02
0,43 ± 0,03
A2
C1
0,48 ± 0,03 0,39 ± 0,02
C2
0,48 ± 0,02 0,41 ± 0,02
C3
0,47 ± 0,03
0,39 ± 0,02
A3

C1
0,37 ± 0,02
0,38 ± 0,02
C2
0,36 ± 0,02
0,40 ± 0,02
C3 0,35 ± 0,06
0,39 ± 0,02
A4
C1 0,42 ± 0,02 0,37 ± 0,02
C2
0,42 ± 0,02
0,39 ± 0,02
C3
0,41 ± 0,02
0,37 ± 0,02
A5
C1
0,41 ± 0,02
0,37 ± 0,02
C2
0,40 ± 0,02 0,39 ± 0,02
C3
0,40 ± 0,02 0,38 ± 0,02
A6
C1
0,39 ± 0,02
0,43 ± 0,02
C2
0,39 ± 0,02 0,45 ± 0,02

C3
0,39 ± 0,02
0,43 ± 0,02
21
i
i
i
2
w
2
w
w
σ
w =
1
σ








i
i
2
w
2
w

1
σ =
1
σ




(2.3)
(2.4)
Bảng 2.10. Kết quả hàm lượng của các mẫu phân tích sau khi tính bằng công thức
trung bình có trọng số
Mẫu phân tích w
Fe
(g/g) w
Cr
(g/g)
A1
0,35 ± 0,01 0,43 ± 0,01
A2
0,47 ± 0,01
0,40 ± 0,01
A3
0,36 ± 0,01
0,39 ± 0,01
A4
0,42 ± 0,01
0,38 ± 0,01
A5
0,40 ± 0,01

0,38 ± 0,01
A6
0,39 ± 0,01
0,43 ± 0,01
Áp dụng công thức (2.3) và (2.4):
Fe
w = 0,39 ± 0,01 ( g /g )
Cr
w = 0,40 ± 0,01 ( g /g )
22
2.7. Áp dụng phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính cho mẫu
hai thành phần Fe-Cr
2.7.1. Xác định đường chuẩn hàm lượng
Bảng 2.11. Khối lượng pha chế và cường độ vạch tia X đặc trưng sau khi xử lí phổ bằng
phần mềm Colegram và hiệu chỉnh thời gian chết của các mẫu so sánh B1, B2
và B3 (khối lượng mỗi mẫu là 3g)
Mẫu
so sánh
Fe Cr
Khối lượng
(g)
Cường độ I
Kα
Khối
lượng
(g)
Cường độ I
Kα
B1 0,90 3628 ± 3,60% 1,80 4825 ± 3,67%
B2 1,20 4259 ± 4,02% 1,50 4214 ± 3,53%

B3 1,80 6489 ± 3,90% 0,90 3151 ± 3,91%
w = a.I + b
(2.5)
23
Hình 2.9. Đồ thị đường chuẩn hàm lượng của Fe theo
phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
Hình 2.10. Đồ thị đường chuẩn hàm lượng của Cr theo
phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính
24
Bảng 2.12. Kết quả các hệ số của phương trình đường chuẩn hàm lượng theo phương
pháp chuẩn ngoại tuyến tính
Phương
trình đường
chuẩn
Hệ số a Hệ số b
Fe
0,000101
±
0,000005
-0,05 ± 0,02
Cr
0,000180
±
0,000008
-0,27 ± 0,03
2.7.2. Xác định hàm lượng của Fe và Cr trong mẫu phân tích
Bảng 2.13. Khối lượng pha chế và cường độ vạch tia X đặc trưng sau khi xử lí phổ bằng
phần mềm Colegram và hiệu chỉnh thời gian chết của các mẫu phân tích
(khối lượng mỗi mẫu là 3g)
Mẫu phân tích

Fe Cr
Khối
lượng
(g)
Cường độ I
Kα
Khối lượng (g) Cường độ I
Kα
A1 1,20 4392 ± 3,74% 1,20 3377 ± 3,96%
A2 1,20 5823 ± 3,66% 1,20 3412 ± 3,18%
A3 1,20 4456 ± 3,07% 1,20 3064 ± 3,52%
A4 1,20 5097 ± 3,61% 1,20 3089 ± 3,35%
A5 1,20 4927 ± 3,48% 1,20 3094 ± 4,28%
A6 1,20 4861 ± 3,48% 1,20 3488 ± 3,77%
25