Xác định một vài kim loại nặng trong phân bón trung vi lượng bằng phương pháp phân tích 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
NGÀNH KỸ THUẬT HẠT NHÂN
--------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CỦA MỘT VÀI KIM LOẠI NẶNG
TRONG PHÂN BÓN TRUNG VI LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X

SVTH: PHAN NHẬT KHANG
CBHD: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG
CBPB: ThS. HUỲNH NGUYỄN PHONG THU

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH-2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT HẠT NHÂN
--------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CỦA MỘT VÀI KIM LOẠI NẶNG
TRONG PHÂN BÓN TRUNG VI LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X

SVTH: PHAN NHẬT KHANG
CBHD: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG
CBPB: ThS. HUỲNH NGUYỄN PHONG THU

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH-2016


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý tận
tình của Quý Thầy Cô thuộc Bộ môn Vật lý-Kỹ thuật hạt nhân, Khoa Vật lý - Vật lý kỹ
thuật, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Huỳnh Trúc Phương đã dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết để truyền đạt cho em kiến thức lẫn kỹ năng thực nghiệm.
Em xin gửi lời cảm ơn cô ThS. Huỳnh Nguyễn Phong Thu và Quý Thầy Cô trong
hội đồng đã dành nhiều thời gian đọc và có những ý kiến đóng góp quý báu vào khóa
luận này.
Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy Cô thuộc Bộ môn Vật lý-Kỹ thuật hạt
nhân đã tạo mọi điều kiện cho em trong suốt khóa học.
Con xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã ủng hộ con cả tinh thần và vật chất trong suốt
thời gian qua.
Tôi xin cảm ơn đến toàn thể các bạn trong lớp 12KTH đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong
suốt thời gian qua.
Mặc dù em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện khóa luận, tuy nhiên không thể tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu của Quý Thầy Cô
và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016

PHAN NHẬT KHANG


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................................... v
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: VAI TRÒ DINH DƯỠNG MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐỐI VỚI CÂY
TRỒNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XRF ....... 2
1.1 Vai trò dinh dưỡng của một số nguyên tố đối với cây trồng .................................. 2
1.1.1 Nhóm đa lượng ................................................................................................ 2
1.1.2 Nhóm trung lượng ........................................................................................... 3
1.1.3 Nhóm vi lượng ................................................................................................. 5
1.2 Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X ............................................................ 8
1.2.1 Lý thuyết huỳnh quang tia X ........................................................................... 9
1.2.2 Hiệu ứng matrix ............................................................................................... 9
1.2.3 Tương tác tia X với vật chất .......................................................................... 10
1.2.3.1 Hệ số suy giảm ....................................................................................... 10
1.2.3.2 Quá trình tán xạ ...................................................................................... 10
1.2.3.3 Quá trình hấp thụ .................................................................................... 11
1.2.4 Các quy tắc chọn lọc và các vạch tia X đặc trưng ......................................... 13
1.2.4.1 Các quy tắc chọn lọc............................................................................... 13
1.2.4.2 Cường độ vạch tia X đặc trưng............................................................... 14
1.2.5 Cường độ huỳnh quang thứ cấp .................................................................... 14
1.2.6 Các loại nguồn kích ....................................................................................... 17
1.2.6.1 Các nguồn đồng vị phóng xạ .................................................................. 17
1.2.6.2 Ống phát tia X......................................................................................... 18

1.2.7 Các phương pháp phân tích định lượng huỳnh quang tia X .......................... 18
1.2.7.1 Phương pháp chuẩn ngoại tuyến tính ..................................................... 18
1.2.7.2 Phương pháp chuẩn nội .......................................................................... 19
1.3 Kết luận ................................................................................................................ 20
i


CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘ NHẠY VÀ GIỚI HẠN PHÁT HIỆN HỆ PHÂN
TÍCH XRF VỚI DETECTOR XR-100SDD ............................................................ 21
2.1 Hệ phân tích XRF ................................................................................................. 21
2.1.1 Nguồn phát tia X ........................................................................................... 21
2.1.2 Hệ đo XRF ..................................................................................................... 23
2.2 Thực nghiệm xác định độ nhạy (S) và giới hạn phát hiện (LLD) cho hệ phân tích
XRF ............................................................................................................................ 25
2.2.1 Độ nhạy (S) .................................................................................................... 25
2.2.1.1 Khái niệm ............................................................................................... 25
2.2.1.2 Thực nghiệm xác định S ......................................................................... 25
2.2.2 Giới hạn phát hiện ......................................................................................... 27
2.2.2.1 Khái niệm ............................................................................................... 27
2.2.2.2 Thực nghiệm xác định LLD ................................................................... 28
2.3 Kết luận ................................................................................................................ 30
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ NGUYÊN
TỐ TRONG PHÂN BÓN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XRF ............... 31
3.1 Phương pháp tiến hành ......................................................................................... 31
3.2 Chuẩn bị và xử lý mẫu.......................................................................................... 32
3.2.1 Chuẩn bị và xử lý mẫu thô ............................................................................ 32
3.2.2 Chuẩn bị mẫu so sánh và mẫu hiệu chỉnh ..................................................... 34
3.3 Chiếu và đo mẫu ................................................................................................... 35
3.4 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong phân bón ............................... 37
3.4.1 Tách đỉnh trùng Mn-K β và Fe-K α ................................................................. 37

3.4.2 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong mẫu ................................ 39
3.5 Nhận xét và đánh giá các kết quả phân tích ......................................................... 40
3.6 Kết luận ................................................................................................................ 42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 45
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 46

ii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

XRF

X-ray Fluorescence

Huỳnh quang tia X

NAA

Neutron Activation Analysis

Phân tích kích hoạt neutron

ICP-MS

Inductively Coupled PlasmaMass Spectrometry

Phương pháp khối phổ
Plasma cảm ứng

LLD

Lower Limit of Detection

Giới hạn phát hiện

CASE

Center of Analytical Services
and Experimentation HCMC

Trung tâm dịch vụ phân
tích thí nghiệm TP.HCM

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số đồng vị thường dùng trong XRF ...................................................... 17
Bảng 2.1. Khối lượng các mẫu...................................................................................... 25
Bảng 2.2. Kết quả tính Độ nhạy (m) của nguyên tố Mn ............................................... 26
Bảng 2.3. Kết quả tính Độ nhạy (m) của nguyên tố Fe ................................................ 26
Bảng 2.4. Kết quả tính Độ nhạy (m) của nguyên tố Cu ................................................ 26

Bảng 2.5. Kết quả tính Độ nhạy (m) của nguyên tố Zn ................................................ 26
Bảng 2.6. Kết quả tính LLD của nguyên tố Mn ........................................................... 29
Bảng 2.7. Kết quả tính LLD của nguyên tố Fe ............................................................. 29
Bảng 2.8. Kết quả tính LLD của nguyên tố Cu ............................................................ 29
Bảng 2.9. Kết quả tính LLD của nguyên tố Zn............................................................. 29
Bảng 3.1. Khối lượng các mẫu phân tích ...................................................................... 33
Bảng 3.2. Khối lượng mẫu so sánh dùng để định lượng các nguyên tố quan tâm ....... 34
Bảng 3.3. Khối lượng mẫu hiệu chỉnh .......................................................................... 35
Bảng 3.4. Cường độ vạch K α và K β của nguyên tố trong mẫu hiệu chỉnh .................. 35
Bảng 3.5. Cường độ vạch K α của các nguyên tố trong mẫu phân tích ........................ 36
Bảng 3.6. Cường độ vạch K α của các nguyên tố trong mẫu so sánh ............................ 37
Bảng 3.7. Kết quả tính tỷ số hiệu chỉnh bằng thực nghiệm .......................................... 37
Bảng 3.8. Kết quả cường độ bức xạ của Fe sau hiệu chỉnh trong mẫu so sánh ........... 37
Bảng 3.9. Kết quả cường độ bức xạ của Fe sau hiệu chỉnh trong mẫu phân tích ......... 38
Bảng 3.10. Kết quả tính hàm lượng các nguyên tố trong mẫu phân tích ..................... 39
Bảng 3.11. Kết quả tính hàm lượng trung bình các nguyên tố trong mẫu phân tích ... 40
Bảng 3.12. Kết quả thực nghiệm và đánh giá độ sai biệt so với kết quả từ CASE ...... 41

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự phụ thuộc của hệ số suy giảm theo năng lượng ...................................... 11
Hình 1.2. Hiện tượng tương tác quang điện và hiệu ứng Auger .................................. 13
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp huỳnh quang tia X ....................................... 15
Hình 2.1. Phổ nguồn ống phát bia Ag .......................................................................... 21
Hình 2.2. Phổ nguồn ống phát bia Ag với filte Al, W .................................................. 22
Hình 2.3. Bố trí hình học hệ đo XRF ........................................................................... 23
Hình 2.4. Hệ đo XRF .................................................................................................... 24
Hình 2.5. Mặt trước và sau của bộ tích hợp PX5 ......................................................... 24

Hình 2.6. Đồ thị biểu diễn độ nhạy S theo số nguyên tử Z .......................................... 27
Hình 2.7. Sơ lược về định nghĩa đỉnh thực và nền phông ............................................ 28
Hình 2.8. Đồ thị biểu diễn LLD theo số nguyên tử Z .................................................. 30
Hình 3.1. Quy trình xử lý mẫu...................................................................................... 32
Hình 3.2. Các mẫu phân bón dùng trong thực nghiệm................................................. 34

v


MỞ ĐẦU
Cây trồng cũng như gia súc, tôm, cá,... muốn sinh trưởng tốt, khoẻ mạnh tăng
trọng nhanh và cho năng suất cao cần phải được nuôi dưỡng trong điều kiện thích
hợp, có đủ chất dinh dưỡng theo thành phần và tỷ lệ phù hợp. Vì vậy, từ xưa đến nay
con người đã biết bón phân tăng dinh dưỡng cho cây trồng. Ngày nay, nhu cầu dinh
dưỡng cây trồng ngày càng nâng cao và đòi hỏi khắc khe. Cây trồng không chỉ cần
các nguyên tố đa lượng mà còn cần thêm các thành phần trung lượng và vi lượng với
tỷ lệ thích hợp. Chính vì những đòi hỏi trên, các nhà sản xuất phân bón cần phải có
những công cụ cần thiết để đánh giá chính xác hàm lượng các nguyên tố trong phân
bón.
Để khảo sát hàm lượng các nguyên tố có trong phân bón được bán ở thị trường
thành phố Hồ Chí Minh, khóa luận này đã sử dụng phương pháp phân tích huỳnh
quang tia X (X-ray fluorescence - XRF). Có thể nói, đây là một trong các phương
pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trong nghiên cứu cũng như trong sản xuất
của nhiều lĩnh vực như khoáng sản, dược, luyện kim, công nghiệp hóa chất,…Phương
pháp này có độ chính xác khá cao, giá thành rẻ.
Mục tiêu chính của khóa luận là khảo sát và ứng dụng hệ đo XRF vào phân tích
hàm lượng một số nguyên tố trong phân bón được thực hiện tại Bộ môn Vật lý-Kỹ
thuật hạt nhân Trường đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Thành phố Hồ
Chí Minh. Khóa luận này được chia làm ba chương:
-

Chương 1: Vai trò dinh dưỡng một số nguyên tố đối với cây trồng và Cơ sở lý
thuyết về phương pháp phân tích XRF.

-

Chương 2: Khảo sát độ nhạy và giới hạn phát hiện hệ phân tích XRF với
detector XR-100SDD.

-

Chương 3: Thực nghiệm xác định hàm lượng một số nguyên tố trong phân bón
bằng phương pháp phân tích XRF.
Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị.

1


CHƯƠNG 1
VAI TRÒ DINH DƯỠNG MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐỐI VỚI
CÂY TRỒNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP
PHÂN TÍCH XRF
1.1 Vai trò dinh dưỡng của một số nguyên tố đối với cây trồng
Tuỳ theo vai trò của các nguyên tố dinh dưỡng và nhu cầu của cây trồng mà
người ta phân chia các nguyên tố thiết yếu thành từng nhóm.
1.1.1 Nhóm đa lượng
Đây là nhóm các chất dinh dưỡng thiết yếu mà cây trồng cần nhiều, bao gồm:
Đạm (N), Lân (P), Kali (K).
1.1.1.1 Đạm (N)
Đạm là chất dinh dưỡng rất cần thiết và rất quan trọng đối với cây, đặc biệt là

các loại cây ăn lá. Đạm cần cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng đặc biệt là giai
đoạn cây tăng trưởng mạnh. Đây cũng là thành phần chính tham gia vào thành phần
chính của clorophin, protit, các axit amin, các enzym và nhiều loại vitamin trong cây.
Bón đạm thúc đẩy cây tăng trưởng, đâm nhiều chồi, cành lá, làm lá có kích thước
to, màu xanh, lá quang hợp mạnh do đó làm tăng năng suất.
Khi thiếu N, cây sinh trưởng phát triển kém, diệp lục không hình thành, lá
chuyển màu vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, hoạt động quang hợp và tích lũy giảm
sút nghiêm trọng, dẫn tới suy giảm năng suất.
Thừa N sẽ làm cây sinh trưởng quá mạnh, do thân lá tăng trưởng nhanh mà mô
cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, dễ bị sâu bệnh tấn công.
1.1.1.2 Lân (P)
Lân có trong thành phần của nhân tế bào, rất cần cho sự hình thành các bộ phận
mới của cây, nó tham gia vào thành phần các enzym, các protein, tham gia vào quá
trình tổng hợp các axit amin. Lân kích thích sự phát triển bộ rễ, làm rễ ăn sâu vào
trong đất và lan rộng ra xung quanh làm cho cây hút được nhiều chất dinh dưỡng, tạo
điều kiện cho cây chống chịu hạn và ít đổ ngã. Lân kích thích quá trình đẻ nhánh, nảy
chồi, thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm và nhiều. Lân làm tăng đặc tính chống chịu của
2


cây đối với các yếu tố không thuận lợi, chống rét, chống hạn, chịu độ chua của đất,
chống một số loại sâu bệnh hại,…
Khi thiếu Lân, lá cây ban đầu có màu xanh đậm, sau chuyển màu vàng, hiện
tượng này bắt đầu từ các lá phía dưới trước, và từ mép lá vào trong. Cây lúa thiếu P
làm lá nhỏ, hẹp, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm, chín kéo dài, nhiều hạt xanh, hạt lép.
Cây ngô thiếu P sinh trưởng chậm, lá có màu lục rồi chuyển màu huyết dụ.
Thừa lân không có biểu hiện gây hại như thừa N vì P thuộc loại nguyên tố linh
động, nó có khả năng vận chuyển từ cơ quan già sang cơ quan còn non.
1.1.1.3 Kali (K)
Kali có vai trò chủ yếu trong việc chuyển hoá năng lượng trong quá trình đồng

hoá các chất trong cây. Nó làm tăng khả năng chống chịu của cây đối với các tác động
không thuận lợi từ bên ngoài, làm cho cây ra nhiều nhánh, phân cành nhiều, lá ra
nhiều; đồng thời cũng làm cho cây cứng chắc, ít đổ ngã, tăng cường khả năng chịu
úng, chịu hạn, chịu rét. Kali làm tăng phẩm chất nông sản và góp phần làm tăng năng
suất cho cây.
Biểu hiện rất rõ khi thiếu K là lá hẹp, ngắn, xuất hiện các chấm đỏ, lá dễ héo rũ
và khô. Cây lúa thiếu K sinh trưởng kém, trỗ sớm, chín sớm, nhiều hạt lép lửng, mép
lá về phía đỉnh biến vàng. Ngô thiếu K làm đốt ngắn, mép lá nhạt dần sau chuyển
màu huyết dụ, lá có gợn sóng. Thiếu K làm giảm chức năng chống chịu của cây trồng
với điều kiện bất lợi (hạn, rét) cũng như tính kháng sâu bệnh.
1.1.2 Nhóm trung lượng
Đây là các chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu mà cây trồng cần ở mức trung bình
bao gồm: Lưu huỳnh (S), Canxi (Ca), Magiê (Mg).
1.1.2.1 Canxi (Ca)
Là một thành phần của màng tế bào cây nên rất cần thiết cho sự hình thành tế
bào mới và làm màng tế bào ổn định, vững chắc. Nó còn cần cho sự hình thành và
phát triển của rễ cây. Đặc biệt Ca có vai trò như một chất giải độc do trung hòa bớt
các axit hữu cơ trong cây và hạn chế độc hại khi dư thừa một số chất như K+, NH4+.
Nó cũng cần thiết cho sự đồng hóa đạm nitrat và vận chuyển gluxit từ tế bào đến các

3


bộ phận dự trữ của cây. Ca giúp cây chịu úng tốt hơn do làm giảm độ thấm của tế bào
và việc hút nước của cây. Ngoài ra, Ca có trong vôi còn có tác dụng cải tạo đất, giảm
độ chua mặn và tăng cường độ phì của đất, giúp cho cây sinh trưởng tốt.
Thiếu Ca thân cây mềm yếu, hoa rụng, nếu thiếu nặng thì đỉnh chồi có thể bị
khô. Đất nhiều Ca sẽ bị kiềm, tăng độ pH không tốt với cây.
1.1.2.2 Magiê (Mg)
Nó là thành phần cấu tạo chất diệp lục nên giữ vai trò quan trọng trong quá trình

quang hợp và tổng hợp chất gluxit trong cây. Magiê tham gia trong thành phần của
nhiều loại men, đặc biệt các men chuyển hóa năng lượng, đồng hóa lân, tổng hợp
protein và lipit. Magiê giữ cho độ pH trong tế bào cây ở phạm vi thích hợp, tăng sức
trương của tế bào nên ổn định cân bằng nước, tạo điều kiện cho các quá trình sinh
học trong tế bào xảy ra bình thường.
Thiếu Magiê lá cây sẽ mất màu xanh bình thường và xuất hiện các đốm vàng,
mép lá cong lên, thiếu nặng cây có thể bị chết khô. Thiếu Mg làm chậm quá trình ra
hoa, cây thường bị vàng lá do thiếu diệp lục. Nếu dư thừa Mg sẽ làm thiếu K.
1.1.2.3 Lưu huỳnh (S)
Được coi là yếu tố dinh dưỡng thứ 4 của cây trồng sau N, P và K. Lưu huỳnh
tham gia trong thành phần của các axit amin, protein và vitamin có chứa lưu huỳnh,
trong đó có axit amin không thể thay thế như methionin. Lưu huỳnh còn có trong
thành phần của men coenzim A xúc tiến nhiều quá trình sinh lý trong cây như quang
hợp, hô hấp và sự cố định đạm của vi sinh vật cộng sinh. Nó còn là chất cần thiết cho
sự hình thành chất diệp lục, thúc đẩy quá trình thành thục và chín của quả và hạt.
Ngoài ra, khi cây trồng hút lưu huỳnh ở dạng SO42- có trong đất qua rễ và SO2 trong
không khí qua lá còn góp phần làm sạch môi trường.
Cây thiếu lưu huỳnh có biểu hiện lá vàng nhạt, cây thấp bé, chồi kém phát triển,
tuy nhiên khác với thiếu N là hiện tượng vàng lá xuất hiện ở các lá non trước các lá
trưởng thành và lá già, kèm theo những tổn thương trước hết ở phần ngọn và lá non,
cộng với sự xuất hiện các vết chấm đỏ trên lá do mô tế bào chết. Còn thừa lưu huỳnh
thì lá nhỏ, đôi khi bị cháy lá.

4


1.1.3 Nhóm vi lượng
Đây là các chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu mà cây trồng cần với số lượng ít,
bao gồm các nguyên tố: Kẽm (Zn), Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Bo (B),
Molypden (Mo), Clo (Cl), Natri (Na).

1.1.3.1 Đồng (Cu)
Đồng cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng
khác trong cây, nhưng thường không tham gia vào thành phần của chúng.
Cây trồng thiếu đồng thường hay có hiện tượng chảy gôm (rất hay xảy ra ở cây
ăn quả), kèm theo các vết hoại tử trên lá hay quả. Với cây họ hòa thảo, nếu thiếu đồng
sẽ làm mất màu xanh ở phần ngọn lá.
1.1.3.2 Bo (B)
Bo cần thiết cho sự nẩy mầm của hạt phấn, sự tăng trưởng của ống phấn, cần
thiết cho sự hình thành của thành tế bào và hạt giống. Bo cũng hình thành nên các
phức chất đường/borat có liên quan tới sự vận chuyển đường và đóng vai trò quan
trọng trong việc hình thành protein. Bo tác động trực tiếp đến quá trình phân hóa tế
bào, trao đổi hocmon, trao đổi N, nước và chất khoáng khác, ảnh hưởng rõ rệt nhất
của B là tới mô phân sinh ở đỉnh sinh trưởng và quá trình phân hóa hoa, thụ phấn, thụ
tinh, hình thành quả.
Khi thiếu B thì chồi ngọn bị chết, các chồi bên cũng thui dần, hoa không hình
thành, tỷ lệ đậu quả kém, quả dễ rụng, rễ sinh trưởng kém, lá bị dày lên.
1.1.3.3 Sắt (Fe)
Sắt là chất xúc tác để hình thành nên diệp lục và hoạt động như là một chất mang
Oxy. Nó cũng giúp hình thành nên một số hệ thống men hô hấp. Vì Sắt không được
vận chuyển giữa các bộ phận trong cây nên biểu hiện thiếu trước tiên xuất hiện ở các
lá non gần đỉnh sinh trưởng của cây.
Thiếu sắt nặng có thể chuyển toàn bộ cây thành màu vàng tới trắng lợt, lá cây
thiếu sắt sẽ chuyển từ màu xanh sang vàng hay trắng ở phần thịt lá, trong khi gân lá
vẫn còn xanh. Triệu chứng thiếu sắt xuất hiện trước hết ở các lá non, sau đến lá già,
vì Fe không di động từ lá già về lá non. Sự thiếu sắt có thể xảy ra do sự thiếu cân
5


bằng với các kim loại khác như Molypden, Đồng hay Mangan. Một số yếu tố khác
cũng có thể gây thiếu sắt như quá thừa Lân trong đất; do pH cao kết hợp với giàu Ca,

đất lạnh và hàm lượng Carbonat cao; thiếu do hàm lượng chất hữu cơ trong đất thấp.
1.1.3.4 Mangan (Mn)
Mangan là thành phần của các hệ thống men (enzyme) trong cây. Nó hoạt hóa
một số phản ứng trao đổi chất quan trọng trong cây và có vai trò trực tiếp trong quang
hợp, bằng cách hỗ trợ sự tổng hợp diệp lục. Mangan tăng cường sự chín và sự nẩy
mầm của hạt khi nó làm tăng sự hữu dụng của P và Ca.
Triệu chứng điển hình khi cây thiếu Mn là phần gân lá và mạch dẫn biến vàng,
nhìn toàn bộ lá có màu xanh sáng, về sau xuất hiện các đốm vàng ở phần thịt lá và
phát triển thành các vết hoại tử trên lá. Hiện tượng thiếu Mangan thường xảy ra ở
những chân đất giàu hữu cơ, hay trên những đất trung tính hoặc hơi kiềm và có hàm
lượng Mn thấp. Mặc dù hiện tượng thiếu Mn thường đi với đất có pH cao, nhưng nó
cũng có thể gây ra bởi sự mất cân bằng với các dinh dưỡng khác như Ca, Mg và Fe.
Hiện tượng thiếu thường xảy ra rõ nét khi điều kiện thời tiết lạnh, trên chân đất giàu
hữu cơ, úng nước. Triệu chứng sẽ mất đi khi thời tiết ấm trở lại và đất khô ráo.
1.1.3.5 Molypden (Mo)
Molypden cần cho sự tổng hợp và hoạt động của men khử Nitrat. Loại men này
khử Nitrat thành Ammonium trong cây. Molypden có vai trò sống còn trong việc tổng
hợp đạm cộng sinh bởi vi khuẩn Rhizobia trong nốt sần cây họ đậu. Molypden cũng
cần thiết cho việc chuyển hóa Lân từ dạng vô cơ sang hữu cơ trong cây.
Thiếu Mo, sẽ ức chế dinh dưỡng đạm của cây trồng nói chung, đặc biệt của các
cây họ đậu. Hiện tượng thiếu Mo có biểu hiện chung như vàng lá và đình trệ sinh
trưởng. Sự thiếu hụt Molypden có thể gây ra triệu chứng thiếu đạm trong các cây họ
đậu vì vi sinh vật đất phải có Mo để cố định N từ không khí.
1.1.3.6 Kẽm (Zn)
Zn tham gia hoạt hóa khoảng 70 enzym của nhiều hoạt động sinh lý, sinh hóa
của cây. Kẽm được coi như là một trong các nguyên tố vi lượng đầu tiên cần thiết cho
cây trồng. Nó thường là một nguyên tố hạn chế năng suất cây trồng. Tuy nó chỉ được

6

sử dụng với liều lượng rất nhỏ nhưng để có năng suất cao không thể không có nó.
Kẽm hỗ trợ cho sự tổng hợp các chất sinh trưởng và các hệ thống men và cần thiết
cho sự tăng cường một số phản ứng trao đổi chất trong cây. Nó cần thiết cho việc sản
xuất ra chất diệp lục và các Hydratcarbon. Kẽm cũng không được vận chuyển sử dụng
lại trong cây nên biểu hiện thiếu thường xảy ra ở những lá non và bộ phân khác của
cây.
Thiếu Zn sẽ gây rối loạn trao đổi auxin nên ức chế sinh trưởng, lá cây bị biến
dạng, ngắn, nhỏ và xoăn, đốt ngắn và biến dạng. Một số triệu chứng như lá lúa mầu
đồng; bệnh “lá nhỏ” ở cây ăn trái hay đình trệ sinh trưởng ở cây bắp và cây đậu.
1.1.3.7 Clo (Cl)
Clo là nguyên tố vi lượng sống còn cho cây trồng, đặc biệt đối với cây Cọ dầu
và cây Dừa. Clo tham gia vào các phản ứng năng lượng trong cây. Cụ thể là nó tham
gia vào sự bẻ gẫy phân tử nước với sự hiện hữu của ánh sáng mặt trời và hoạt hóa
một số hệ thống men. Nó cũng tham gia vào quá trình vận chuyển một số cation như
Ca, Mg và K ở trong cây, điều hòa hoạt động của những tế bào bảo vệ khí khổng, do
đó kiểm soát được sự bốc thoát hơi nước, v.v. Clo có mặt trong cây ở dạng ion Cl-.
Clo được sử dụng cho các phản ứng quang phân ly nước của quang hợp. Ngoài ra,
Clo còn cần thiết cho sự phân chia tế bào ở lá và rễ.
Thiếu Clo sẽ gây héo ngọn lá và tiếp sau là làm cho toàn lá bị mất mầu và chết.
Sinh trưởng của lá bị kìm hãm, lá thường có mầu đồng sáng. Rễ bị ngắn, dày lên ở
phía đầu rễ. Hầu hết các cây hấp thụ lượng clo cao hơn so với nhu cầu của mình.
1.1.3.8 Natri (Na)
Na không phải là một yếu tố thiết yếu cho thực vật, nhưng có thể được sử dụng
với hàm lượng nhỏ, tương tự như vi chất dinh dưỡng, để hỗ trợ trong quá trình chuyển
hóa và tổng hợp chất diệp lục. Cây di chuyển ion Na vào và ra khỏi tế bào để điều
chỉnh sự hấp thu thẩm thấu của nước và duy trì áp suất trương nước. Chúng làm điều
này bằng phương tiện vận chuyển protein trong màng tế bào. Trong một số thực vật,
nó có thể được sử dụng như là một thay thế một phần cho K và hỗ trợ trong việc mở
và đóng khí khổng, cái mà giúp điều tiết sự cân bằng nước nội tại.

7


Tổng kết:
Với tầm quan trọng của các nguyên tố dinh dưỡng đối với cây trồng như vậy,
việc xác định hàm lượng nguyên tố trong phân bón là rất cần thiết để cây sinh trưởng
và phát triển tốt. Hiện nay có rất nhiều phương pháp được ứng dụng để xác định hàm
lượng nguyên tố trong phân bón như phương pháp khối phổ Plasma cảm ứng (ICP Inductively Coupled Plasma), kích hoạt neutron (NAA - Neutron Activation
Analysis), huỳnh quang tia X (XRF-X-ray fluorescence), các phương pháp hóa học
và vật lý khác,…
Trong khóa luận này sử dụng phương pháp phân tích huỳnh quang tia X để xác
định hàm lượng một số nguyên tố kim loại năng trong phân bón vi lượng.
1.2 Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X
Phân tích huỳnh quang tia X (X-ray fluorescence - XRF) là một kỹ thuật phân
tích vốn ứng dụng rộng rãi trong khoa học và công nghiệp. Kỹ thuật này được phát
triển dựa trên sự khám phá ra tia X của Wilhelm Conrad Röntgen vào năm 1895. Tia
X là bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 0,005-10nm, được chia thành hai loại: Bức
xạ hãm được tạo ra do sự hãm đột ngột điện tử năng lượng cao và bức xạ tia X đặc
trưng tạo ra bởi sự dịch chuyển điện tử từ quỹ đạo cao sang quỹ đạo thấp hơn trong
nguyên tử.
Trong phân tích XRF, mục tiêu chính là xác định sự có mặt và hàm lượng của
nguyên tố dựa vào bức xạ tia X đặc trưng của nguyên tố đó. Phương pháp này có
nhiều ưu điểm như không phá hủy mẫu (thích hợp với các ngành khảo cổ, phân tích
đồ kim loại quý), có thể phân tích nhanh với độ chính xác cao, phân tích cùng lúc
nhiều nguyên tố, sai số nhỏ, có thể thiết lập thành hệ thống tự động kiểm tra sản phẩm
trên dây chuyền sản xuất,…
Do có nhiều ưu điểm như trên, phân tích XRF được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực: xác định nguyên tố trong luyện kim, khảo sát quặng khoáng sản, xác
định hàm lượng nguyên tố dinh dưỡng trong phân bón, hàm lượng Cu, Ni, S trong

dầu mỏ,…

8


Kể từ khi tia X được khám phá và ứng dụng trong phân tích XRF cho đến nay,
phương pháp này ngày càng được phát triển và hoàn thiện. Để đạt được độ nhạy và
độ phân giải cao nhất, người ta đã cải tiến kỹ thuật phân tích như tự động hóa quá
trình thay mẫu trong buồng chiếu, gắn hệ phân tích với máy tính để xử lý kết quả,
làm trơn phổ bằng tính toán.
1.2.1 Lý thuyết huỳnh quang tia X
Trong phương pháp XRF, việc nhận diện, đánh giá hàm lượng các nguyên tố
trong mẫu phân tích dựa vào năng lượng và cường độ tia X đặc trưng của nguyên tố
đó phát ra. Tia X đặc trưng phát ra do quá trình hấp thụ quang điện thường gồm ba
loại tia đặc trưng:
-

Tia huỳnh quang sơ cấp: sinh ra do hiệu ứng kích thích trực tiếp của chùm bức
xạ ban đầu vào nguyên tố quan tâm. Để có thể phát ra tia huỳnh quang sơ cấp
thì năng lượng của chùm bức xạ ban đầu phải lớn hơn năng lượng cạnh hấp thụ
của nguyên tố quan tâm.

-

Tia huỳnh quang thứ cấp: sinh ra do tia huỳnh quang sơ cấp trực tiếp kích thích
và hiệu ứng huỳnh quang thứ cấp cao nhất khi nguyên tố phát tia thứ cấp có bậc
số nguyên tử Z nhỏ hơn hai lần đối với nguyên tố phát tia sơ cấp.

-

Tia huỳnh quang tam cấp: sinh ra do tia huỳnh quang thứ cấp kích thích, thường
tia huỳnh quang tam cấp có cường độ rất nhỏ xấp xỉ 10-8 hay 10-10.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu phổ kế huỳnh quang tia X thì tia huỳnh quang sơ

cấp đóng góp chính vào cường độ bức xạ đặc trưng của nguyên tố quan tâm.
1.2.2 Hiệu ứng matrix
Các mẫu như quặng, hợp kim, đất, phân bón,… thường là mẫu đa thành phần.
Khi phân tích một nguyên tố quan tâm, người ta phải chú ý đến sự có mặt các nguyên
tố thành phần khác gây sự hấp thụ hay tăng cường bức xạ đặc trưng nguyên tố phân
tích và được gọi là hiệu ứng matrix. Do vậy, hiệu ứng matrix làm ảnh hưởng đến độ
chính xác của kết quả phân tích. Có hai loại hiệu ứng matrix [2]:
-

Sự hấp thụ bức xạ huỳnh quang của nguyên tố quan tâm bởi các nguyên tố trong
mẫu.

9


-

Sự gia tăng cường độ cửa bức xạ nguyên tố quan tâm do bức xạ huỳnh quang
có năng lượng cao hơn từ những nguyên tố khác có trong mẫu.

1.2.3 Tương tác tia X với vật chất
Khi tia X tương tác với vật chất nó sẽ bị hấp thụ hoặc tán xạ. Sự hấp thụ bức xạ
sẽ xảy ra bởi những tương tác riêng hoặc bởi nhiều tương tác. Tán xạ tia X dẫn đến
nền phông trong phổ ghi nhận.
1.2.3.1 Hệ số suy giảm
Xét một chùm tia X đơn sắc, chuẩn trực đi qua một lớp vật chất có bề dày x (cm)

và có mật độ khối lượng là ρ (g/cm3). Một vài photon sẽ bị hấp thụ bởi các tương tác
như hiệu ứng quang điện, tán xạ, nhiễu xạ. Chùm tia X mà không bị tương tác với vật
chất có cường độ I(E) được mô tả trong công thức (1.1) [1], [2].

I(E)  I0 (E).exp[ t (E).x]

(1.1)

trong đó  t (E) (cm-1) được gọi là hệ số suy giảm tuyến tính.
Người ta thường sử dụng hệ số suy giảm khối (E)   t (E)  (cm2/g) để chỉ sự
suy giảm cường độ trên một đơn vị khối lượng trên đơn vị diện tích. Khi đó phương
trình trở thành (1.2).

I(E)  I0 (E).exp[(E)..x]

(1.2)

Trong hợp chất, hệ số suy giảm khối sẽ bằng tổng hệ số suy giảm khối của các
thành phần    i w ii với wi (%) là hàm lượng nguyên tố thứ i và

w
i

i

1.

Chùm tia X khi đi qua vật chất như đã nói trên, sẽ bị hấp thụ hoặc tán xạ nên hệ
số suy giảm là tổng hệ số tán xạ và hấp thụ xảy ra khi tia X đi qua mẫu, phương trình
(1.3).

(E)  (E)  (E)

(1.3)

với (E) là hệ số hấp thụ khối quang điện
(E) là hệ số tán xạ

1.2.3.2 Quá trình tán xạ
Khi tia X đập vào điện tử của lớp vỏ nguyên tử của các nguyên tố có trong mẫu,
nó sẽ tương tác với điện tử và bị tán xạ. Tán xạ tia X trong mẫu chủ yếu xảy ra ở lớp

10


vỏ ngoài cùng của nguyên tử và là nguồn gốc chính góp phần vào phổ phông của phổ
tia X. Có hai loại tán xạ có thể xảy ra là tán xạ đàn hồi và không đàn hồi.
-

Quá trình tán xạ đàn hồi hay còn gọi là tán xạ Rayleigh. Quá trình này chỉ làm
cho chùm tia X bị lệch khỏi quỹ đạo của chúng, do đó có sự đóng góp vào hệ số
suy giảm khối.

-

Quá trình tán xạ không đàn hồi sẽ làm cho tia X mất một phần năng lượng để
một điện tử thoát ra, còn gọi là tán xạ Compton. Kết quả là đường đi của tia X
bị lệch và năng lượng bị giảm.
Đối với các mẫu có bậc số nguyên tử Z càng cao thì phần lớn bức xạ bị hấp thụ

ngay trong mẫu, nên sẽ ít quan sát thấy tán xạ. Ngược lại, các mẫu có Z thấp thì tán

xạ quan sát được nhiều hơn do sự hấp thụ kém đi [2].
Đối với các nguyên tố nhẹ trong mẫu thì tán xạ Compton chiếm ưu thế hơn. Do
đó tỉ số cường độ tán xạ Compton và Rayleigh tăng khi bậc số nguyên tử Z giảm [2].
1.2.3.3 Quá trình hấp thụ

µ/ρ hoặc µen/ρ, cm2/g

Z=29, Cu

Năng lượng photon, MeV

Hình 1.1. Sự phụ thuộc của hệ số suy giảm theo năng lượng
Tia X tương tác với điện tử của nguyên tử sẽ bị hấp thụ hoặc tán xạ. Sự liên hệ
giữa quá trình hấp thụ và bậc số nguyên tử là một yếu tố quan trọng trong quá trình
lựa chọn điều kiện hoạt động của hệ phổ kế tia X.

11


a. Cạnh hấp thụ và nguyên lý cạnh hấp thụ
Trong hình 1.1, ta thấy có những điểm không liên tục được gọi là cạnh hấp thụ
(giới hạn hấp thụ), là năng lượng cực tiểu cần để cung cấp cho một nguyên tử bứt một
điện tử ra ngoài. Một nguyên tử có nhiều cạnh hấp thụ. Việc chọn lựa năng lượng để
kích thích nguyên tố trong mẫu sẽ được xem xét dựa vào các giá trị năng lượng cạnh
hấp thụ của các nguyên tố đó.
Khi hấp thụ năng lượng thì điện tử sẽ trở nên tự do hay chuyển lên vùng dẫn,
còn khi phát tia X đặc trưng thì điện tử chỉ chuyển dời trong nội bộ nguyên tử (chuyển
tới lấp lỗ trống). Không có vạch nào trong một dãy (dãy K, dãy L1, dãy L2,…) có thể
có năng lượng lớn hơn năng lượng cạnh hấp thụ của dãy đó. Như vậy khi tia X sơ cấp
dùng để kích thích có năng lượng lớn hơn năng lượng cạnh hấp thụ ứng với dãy nào

đó của nguyên tố phân tích thì tất cả các vạch đặc trưng trong dãy đều có xuất hiện
trong phổ. Có nghĩa là nếu có vạch Kβ của một nguyên tố xuất hiện thì chắc chắn phải
có vạch Kα của nguyên tố đó (trừ trường hợp detector không có khả năng ghi nhận
mức năng lượng đó).
b. Hiệu ứng quang điện
Một trong những quá trình dẫn đến sự hấp thụ tia X sơ cấp khi chúng xuyên qua
vật chất là hiệu ứng quang điện. Quá trình này đóng góp chủ yếu vào sự hấp thụ tia
X sơ cấp, và là mô hình kích thích các nguyên tố trong mẫu phát phổ tia X đặc trưng.
Khi chùm tia X sơ cấp đập vào electron của nguyên tử, nếu năng lượng E của
chùm tia X tới lớn hơn năng lượng liên kết  của electron ở tầng tương ứng thì hiệu
ứng quang điện sẽ xảy ra: tia X sơ cấp biến mất, năng lượng toàn bộ được trao cho
một electron của lớp vỏ nguyên tử. Trong quá trình này, electron của nguyên tử bị
bật ra khỏi lớp vỏ tạo thành lỗ trống. Các lỗ trống này là nguyên nhân làm cho nguyên
tử không bền vững. Khi nguyên tử trở về trạng thái cân bằng thì các electron từ tầng
ngoài sẽ có xu hướng lấp đầy lỗ trống tầng bên trong và phát ra tia X đặc trưng. Tuy
nhiên, các quá trình chuyển dịch electron và phát tia X đặc trưng phải tuân theo một
số quy luật và có thể giải thích dựa trên lý thuyết cấu trúc nguyên tử.

12


Hiệu ứng quang điện hầu như không xảy ra đối với các electron có liên kết yếu,
nhất là các electron có năng lượng liên kết nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của
tia X tới. Do đó, việc phân tích các nguyên tố nhẹ bằng XRF gặp khó khăn.

Hình 1.2. Hiện tượng tương tác quang điện (a, b, c) và hiệu ứng Auger (a, b, d).
c. Hiệu ứng Auger
Hiệu ứng Auger xảy ra khi tia X đặc trưng vừa phát ra bị hấp thụ ngay bởi một
electron tầng ngoài của cùng một nguyên tử. Khi đó không có tia X đặc trưng được
phóng thích mà là một electron Auger. Hiệu ứng này làm giảm cường độ vạch phổ,

thường xảy ra với nguyên tố nhẹ. Hiệu ứng quang điện thường xảy ra kèm cùng với
hiệu ứng Auger.
1.2.4 Các quy tắc chọn lọc và các vạch tia X đặc trưng
1.2.4.1 Các quy tắc chọn lọc
Theo cơ học lượng tử, sự dịch chuyển electron và phát tia X đặc trưng cần phải
tuân theo một số quy tắc nhất định. Đối với bất kỳ một chuyển dịch nào thì các số
lượng tử của hai mức năng lượng đầu và cuối cũng đều phải tuân theo các quy tắc
chọn lọc n  0 , l  1 , j  1 ; 0. Với, n là số lượng tử chính, l momen góc, và j
=l+s là momen spin, s là spin riêng.
Nếu sự dịch chuyển electron phát ra năng lượng dưới dạng photon thì hiện tượng
này gọi là hiện tượng huỳnh quang. Bức xạ phát ra là bức xạ huỳnh quang tia X đặc

13


trưng. Năm 1913, Moseley đã tìm ra biểu thức thực nghiệm (1.4) liên hệ giữa tần số
bức xạ ν và số nguyên tử Z cho mỗi vạch phổ.



1
 KR  (Z  b)2


(1.4)

Trong đó, R  là hằng số Ryberg; K, b là hằng số tương ứng với từng dãy vạch phổ.
1.2.4.2 Cường độ vạch tia X đặc trưng
Cường độ tương đối của các vạch phổ trong chuỗi các vạch phổ K, L, M,... của
nguyên tố phụ thuộc vào: (i) Xác suất tương đối tạo ra các vị trí trống trong các lớp

điện tử tương ứng của nguyên tử; (ii) Xác suất điền đầy các vị trí trống này của các
điện tử ở lớp ngoài; (iii) Xác suất của photon tia X được sinh ra thoát khỏi nguyên tử
mà nó không bị hấp thụ. Nếu photon kích thích có đủ năng lượng thì xác suất đẩy
điện tử ở lớp trong cùng là lớn nhất - lớp K, do đó các vạch K có cường độ lớn nhất.
Cường độ tương đối của các vạch phổ trong một chuỗi phụ thuộc vào xác suất tương
đối của các mức chuyển điện tử tương ứng. Cường độ tương đối của các vạch phổ
trong cùng một chuỗi sẽ thay đổi phụ thuộc vào số nguyên tử Z và thường có tỉ lệ như
sau [4]:

K 1 : 100, K  2 : 50, K 1 : 15, K2 : 2
L 1 : 100, L 2 : 10, L1 : 75, L 2 : 30, L 1 : 10, L  2 : 5
M1 : 100, M  2 : 100, M1 : 50, M 1 : 5
1.2.5 Cường độ huỳnh quang thứ cấp
Để thiết lập mối quan hệ giữa cường độ tia X đặc trưng phát ra từ mẫu và hàm
lượng nguyên tố có trong mẫu ta xét sự phân bố hình học theo sơ đồ hình 1.3.

14


Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp huỳnh quang tia X [1].
Một chùm tia X có năng lượng E0 đến E0+dE0 phát ra từ ống phát tia X hay một
nguồn đồng vị dưới một góc góc khối d1. Chùm tia X đến đập vào bề mặt mẫu có
bề dày T dưới một góc Ψ1. Số photon tới bề mặt mẫu trong một đơn vị thời gian là

I0 (E 0 ).dE 0 .d1 .
Cường độ I phát ra từ vạch K do nguyên tố i thuộc lớp vi phân dx của mẫu bị
kích thích bởi một đơn vị diện tích ds của nguồn kích thích được xác định theo (1.5).
dI  I.ds.dx.dE0 



 (E0 ) (Ei ) 
(Ei )
I0kikifw i exp x 

 .dx.dE 0.d1.d2
4 sin 1
 sin 1 sin  2 


(1.5)

Trong đó: (E i ) là hiệu suất ghi của detector đối với năng lượng Ei.

ki là hệ số hấp thụ khối quang điện của nguyên tố i ứng với tầng K.
ki là hiệu suất phát huỳnh quang từ tầng K của nguyên tố i.
f là tỉ lệ giữa cường độ một vạch đối với toàn bộ lớp phân tích.

w i là hàm lượng của nguyên tố i trong mẫu.
 là mật độ nguyên tố trong mẫu.

(E 0 ) và (E i ) là hệ số suy giảm khối ứng với năng lượng E0 và Ei.
Công thức (1.5) chỉ khảo sát hiện tượng quang điện xảy ra trong phần tử thể tích
vi phân dx (từ x đến x+dx) và năng lượng kích thích trong khoảng E đến E + dE. Vậy

15


muốn tính cường độ của một vạch phổ đặc trưng cho nguyên tố trong mẫu thì ta phải
tính tích phân của phương trình (1.5), có được phương trình (1.6).

Ii (Ei )   ds.d1.d2

E max

T

  I.dx.dE

0

(1.6)

E 0 k x 0

Tích phân được lấy trên toàn diện tích hiệu dụng của nguồn kích thích, trên các
góc giới hạn và trên bề dày mẫu trong khoảng năng lượng từ cạnh hấp thụ  k đến
năng lượng cực đại Emax trong phổ kích thích. Xem 1 và  2 không đổi trong khi lấy
tích phân; điều này có thể đạt được khi khoảng cách từ nguồn đến mẫu và từ mẫu đến
detector rất lớn so với bề dày mẫu, ta tính được Ii (E i ) theo (1.7).

 (E 0 ) (Ei )  
1

exp

T





E max
 sin 1 sin  2  

Ii (Ei )  G 0 w i  Qif (E 0 )
.I0 (E 0 ).dE 0

(E
)

(E
)
0
i
E0 k

sin 1 sin  2

với Qif 

(Ei )
(Ei ) rk  1
ki (E0 ).ki .f 
.
.i (E0 ).ki .f
4
4
rk

G 0   ds.d1.d2 .

1
sin 1

(1.7)

(1.8)
(1.9)

Trường hợp nguồn kích đơn năng, công thức (1.7) trở thành (1.10).

 (E 0 ) (Ei )  
1  exp  T 


 sin 1 sin  2  

Ii (Ei )  Qif .G 0 .I0 .w i .
(E 0 ) (E i )

sin 1 sin  2

(1.10)

a) Trường hợp mẫu dày vô hạn
Đối với mẫu dày vô hạn (hấp thụ 99% tia X chiếu vào), ta có thể bỏ qua các số
hạng hàm mũ trong phương trình (1.7) và (1.10). Vậy cường độ huỳnh quang thứ cấp
được tính :
-

Với nguồn kích thích đơn năng, Ii (E i ) được tính theo (1.11).

Ii (Ei )  Qif .G 0 .I0 .

wi

(E 0 ) (Ei )

sin 1 sin  2
16

(1.11)


Với nguồn kích đa năng, Ii (E i ) được tính theo (1.12).

-

Ii (Ei )  G 0 .w 0 .

Ek



E0 k

Qif .I(E 0 )
dE
(E 0 ) (Ei ) 0

sin 1 sin  2

(1.12)

b) Trường hợp mẫu mỏng
Đối với mẫu mỏng như sơn, mạ, phim,… khi đó, T rất bé, ta có thể xấp xỉ.


  (E 0 ) (Ei )  
 (E 0 ) (Ei )  
exp  T 


1



T 


 sin 1 sin  2  

  sin 1 sin  2  
Do đó cường độ huỳnh quang thứ cấp của mẫu mỏng được tính theo các công
thức (1.13) và (1.14).
Đối với nguồn đơn năng:

-

Ii (Ei )  Qif .G 0 .I0 ..T

(1.13)

Đối với nguồn đa năng:

-

Ii (Ei )  G 0 .w i ..T

E max



Qif (E 0 ).I0 (E 0 )dE 0

(1.14)

E0 k

1.2.6 Các loại nguồn kích
1.2.6.1 Các nguồn đồng vị phóng xạ
Các nguồn đồng vị phóng xạ dùng cho XRF thường phát các tia gamma mềm
đơn năng hoặc tia X đặc trưng của các đồng vị con. Việc chọn nguồn kích thích cho
một hệ XRF tùy thuộc vào dải nguyên tố cần phân tích, sao cho năng lượng của bức
xạ nguồn lớn hơn năng lượng cạnh hấp thụ của nguyên tố quan tâm.
Bảng 1.1. Một số đồng vị thường dùng trong XRF [2].
Đồng
vị
55

Fe

109
241

Cd

Chu kỳ bán hủy

Mn-Kα (5,9 keV)

2,7 năm

Al  Cr (K)

Ag-Kα (22,16 keV)

453 ngày

K  Mo (K), Ba  Pu (L)

432 năm

Ag  Dy (K)

0,74 năm

Ba  U (K)

Am Np-L(14  21keV), γ(59,54 keV)

57

Co

Dải nguyên tố thích

Bức xạ

γ (122 và 136 keV)

17

hợp