التألق بالأشعة السينية

مطياف فلوري للأشعة السينية مزود بنظام تغذية عينات آلي في مختبر مراقبة الجودة بمصنع أسمنت

فحص لوحة رامبرانت بالأشعة السينية (XRF) - أعضاء نقابة تجار الأقمشة

التألق بالأشعة السينية ( XRF ) هو انبعاث أشعة سينية "ثانوية" مميزة (أو متألقة) من مادة تم إثارتها بقصفها بأشعة سينية عالية الطاقة أو أشعة غاما . عندما تُضاء مادة ما بأشعة سينية عالية الطاقة ، يمكن أن تُثار ذراتها وتُصدر أشعة سينية فريدة ومميزة خاصة بها - وهي عملية مشابهة لكيفية تسبب الضوء الأسود في تألق ألوان معينة. من خلال قياس طاقة وشدة هذه الأشعة السينية "الثانوية" المنبعثة، يستطيع العلماء تحديد العناصر الموجودة في العينة وكمياتها. وبالتالي، يُعد التألق بالأشعة السينية أساسًا لتقنية تحليلية غير مدمرة تُستخدم على نطاق واسع في التحليل العنصري والتحليل الكيميائي ، لا سيما في فحص المعادن والزجاج والسيراميك ومواد البناء، وفي أبحاث الجيوكيمياء وعلم الأدلة الجنائية وعلم الآثار والأعمال الفنية ^{[ 1 ]} مثل اللوحات. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

الفيزياء الأساسية

عند تعريض المواد لأشعة سينية قصيرة الموجة أو لأشعة غاما، قد يحدث تأين لذراتها المكونة. يتكون التأين من انبعاث إلكترون واحد أو أكثر من الذرة ، وقد يحدث إذا تعرضت الذرة لإشعاع طاقته أكبر من طاقة تأينها . يمكن أن تكون طاقة الأشعة السينية وأشعة غاما كافية لطرد الإلكترونات المرتبطة بقوة من المدارات الداخلية للذرة.

يؤدي فقدان إلكترون بهذه الطريقة إلى عدم استقرار البنية الإلكترونية للذرة، فتنتقل الإلكترونات من المدارات الأعلى إلى المدار الأدنى لملء الفراغ الناتج . وخلال هذه العملية، تنطلق طاقة على شكل فوتون ، تساوي طاقته فرق الطاقة بين المدارين المعنيين. وهكذا، تُصدر المادة إشعاعًا ذا طاقة مميزة للذرات الموجودة فيها. ويُطلق مصطلح التألق على الظواهر التي ينتج عنها امتصاص إشعاع ذي طاقة محددة، ثم إعادة إصدار إشعاع ذي طاقة مختلفة (أقل عمومًا).

الإشعاع المميز

لكل عنصر مدارات إلكترونية ذات طاقة مميزة . بعد إزالة إلكترون داخلي بواسطة فوتون عالي الطاقة من مصدر إشعاع أولي، يحل محله إلكترون من غلاف خارجي. هناك عدد محدود من الطرق التي يمكن أن يحدث بها هذا، كما هو موضح في الشكل 1. تُعطى الانتقالات الرئيسية أسماءً : يُسمى الانتقال من L إلى K تقليديًا Kα ، ويُسمى الانتقال من M إلى K يُسمى Kβ، ويُسمى _{الانتقال}_من M إلى L يُسمى Lα _، وهكذا. ينتج عن كل من هذه الانتقالات فوتون متألق بطاقة مميزة تساوي الفرق في طاقة المدار الابتدائي والنهائي. يمكن حساب طول موجة هذا الإشعاع المتألق من قانون بلانك .

\lambda ={\frac {hc}{E}}

يمكن تحليل الإشعاع الفلوري إما بتصنيف طاقات الفوتونات (تحليل تشتت الطاقة) أو بفصل أطوال موجات الإشعاع (تحليل تشتت الطول الموجي). بعد التصنيف، ترتبط شدة كل إشعاع مميز ارتباطًا مباشرًا بكمية كل عنصر في المادة. هذا أساس تقنية فعالة في الكيمياء التحليلية. يوضح الشكل 2 الشكل النموذجي لخطوط الطيف الفلوري الحادة التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة تشتت الطول الموجي (انظر قانون موزلي ).

الشكل 2: طيف الأشعة السينية النموذجي المشتت للطول الموجي

الشكل 3: طيف أنبوب هدف الروديوم الذي يعمل بجهد 60 كيلو فولت، يوضح الطيف المتصل وخطوط K

مصادر الإشعاع الأولية

لإثارة الذرات، يلزم مصدر إشعاع ذو طاقة كافية لطرد الإلكترونات الداخلية المحتجزة بإحكام. تُستخدم مولدات الأشعة السينية التقليدية، القائمة على قصف هدف من معدن ثقيل (مثل التنجستن أو الروديوم ) بالإلكترونات، بشكل شائع، نظرًا لإمكانية ضبط خرجها بسهولة بما يتناسب مع التطبيق، ولإمكانية استخدام طاقة أعلى مقارنةً بالتقنيات الأخرى. تُستخدم مولدات الأشعة السينية في نطاق 20-60 كيلوفولت، مما يسمح بإثارة نطاق واسع من الذرات. يتكون الطيف المستمر من إشعاع " الكبح ": وهو الإشعاع الناتج عندما تتباطأ الإلكترونات عالية الطاقة التي تمر عبر الأنبوب تدريجيًا بفعل مادة مصعد الأنبوب (الهدف). يوضح الشكل 3 طيف خرج نموذجي للأنبوب.

في أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية المحمولة، عادةً ما يتم قصف هدف نحاسي بإلكترونات عالية الطاقة، يتم إنتاجها إما بواسطة ليزر تصادمي أو بواسطة بلورات كهروحرارية . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام مصادر أشعة غاما، القائمة على النظائر المشعة (مثل ¹⁰⁹ Cd و ⁵⁷ Co و ⁵⁵ Fe و ²³⁸ Pu و ²⁴¹ Am) دون الحاجة إلى مصدر طاقة معقد، مما يسمح باستخدامها بسهولة أكبر في الأجهزة الصغيرة المحمولة. ^{[ 6 ]}

عندما يكون مصدر الطاقة هو السنكروترون أو عندما يتم تركيز الأشعة السينية بواسطة عدسة بصرية مثل الأنبوب الشعري المتعدد ، يمكن أن يكون شعاع الأشعة السينية صغيرًا جدًا وشديد الكثافة. ونتيجة لذلك، يمكن الحصول على معلومات ذرية على مستوى دون الميكرومتر.

تشتت

في التحليل الطيفي لتشتت الطاقة، تُوجَّه الأشعة السينية الفلورية المنبعثة من عينة المادة إلى كاشف الحالة الصلبة الذي يُنتج توزيعًا "مستمرًا" من النبضات، تتناسب فولتيتها مع طاقات الفوتونات الواردة. تُعالَج هذه الإشارة بواسطة محلل متعدد القنوات (MCA) يُنتج طيفًا رقميًا تراكميًا يُمكن معالجته للحصول على بيانات تحليلية.

في التحليل التشتتي للطول الموجي ، تُوجَّه الأشعة السينية الفلورية المنبعثة من العينة إلى مُوحِّد لون يعتمد على محزز حيود . عادةً ما يكون محزز الحيود المستخدم عبارة عن بلورة أحادية. من خلال تغيير زاوية السقوط والانطلاق على البلورة، يُمكن اختيار نطاق صغير من أطوال موجات الأشعة السينية. يُعطى الطول الموجي المُستَحصَل عليه بقانون براغ .

n\cdot \lambda =2d\cdot \sin(\theta )

حيث يمثل d المسافة بين الطبقات الذرية الموازية لسطح البلورة.

كشف

في التحليل الطيفي لتشتت الطاقة، تُعدّ عمليتا التشتت والكشف عمليةً واحدة، كما ذُكر سابقًا. تُستخدم عدادات تناسبية أو أنواع مختلفة من كواشف الحالة الصلبة ( مثل ثنائي PIN ، وكاشف Si(Li)، وكاشف Ge(Li)، وكاشف انزياح السيليكون SDD). تشترك جميعها في مبدأ الكشف نفسه: يُؤيّن فوتون الأشعة السينية الوارد عددًا كبيرًا من ذرات الكاشف، وتتناسب كمية الشحنة الناتجة مع طاقة الفوتون الوارد. تُجمع الشحنة بعد ذلك، وتتكرر العملية مع الفوتون التالي. من البديهي أن سرعة الكاشف بالغة الأهمية، إذ يجب أن تأتي جميع حاملات الشحنة المقاسة من الفوتون نفسه لقياس طاقة الفوتون بدقة (يُستخدم تمييز طول الذروة لاستبعاد الأحداث التي تبدو وكأنها ناتجة عن فوتونين من الأشعة السينية يصلان في وقت متزامن تقريبًا). يُبنى الطيف بعد ذلك بتقسيم طيف الطاقة إلى نطاقات منفصلة، وحساب عدد النبضات المسجلة داخل كل نطاق طاقة. تختلف أنواع كاشفات EDXRF في الدقة والسرعة ووسائل التبريد (يُعد انخفاض عدد حاملات الشحنة الحرة أمرًا بالغ الأهمية في كاشفات الحالة الصلبة): تغطي العدادات التناسبية ذات الدقة التي تبلغ عدة مئات من الإلكترون فولت الطرف الأدنى من طيف الأداء، تليها كاشفات ثنائي PIN، بينما تشغل كاشفات Si(Li) و Ge(Li) و SDDs الطرف الأعلى من مقياس الأداء.

في التحليل التشتتي للطول الموجي، يُمرر الإشعاع أحادي الطول الموجي الناتج عن أحادي اللون إلى حجرة تحتوي على غاز يتأين بواسطة فوتونات الأشعة السينية. يُشحن قطب كهربائي مركزي بجهد (عادةً) +1700 فولت بالنسبة لجدران الحجرة الموصلة، ويُحفز كل فوتون سلسلة متتابعة من التيارات عبر هذا المجال. تُضخّم الإشارة وتُحوّل إلى عدّ رقمي تراكمي. ثم تُعالج هذه العدّات للحصول على بيانات تحليلية.

شدة الأشعة السينية

تُعدّ عملية التألق غير فعّالة، والإشعاع الثانوي الناتج عنها أضعف بكثير من الشعاع الأولي. علاوة على ذلك، يتميز الإشعاع الثانوي المنبعث من العناصر الأخف بطاقة منخفضة نسبيًا (طول موجي طويل) وقدرة اختراق ضعيفة، ويتعرض لتوهين شديد عند مروره عبر الهواء لأي مسافة. لهذا السبب، ولإجراء تحليلات عالية الأداء، يُحافظ على مسار الإشعاع من الأنبوب إلى العينة ثم إلى الكاشف تحت فراغ (ضغط متبقٍ يبلغ حوالي 10 باسكال). هذا يعني عمليًا أن معظم الأجزاء العاملة للجهاز يجب أن تكون موجودة داخل حجرة فراغ كبيرة. تُشكّل مشكلات الحفاظ على الأجزاء المتحركة في الفراغ، وإدخال العينة وإخراجها بسرعة دون فقدان الفراغ، تحديات كبيرة لتصميم الجهاز. بالنسبة للتطبيقات الأقل تطلبًا، أو عندما تتضرر العينة بفعل الفراغ (مثل عينة متطايرة)، يمكن استبدال حجرة الأشعة السينية بحجرة مسح الهيليوم، مع بعض الفقدان في شدة الإشعاع للعناصر ذات العدد الذري المنخفض (Z ).

التحليل الكيميائي

اقترح غلوكر وشرايبر لأول مرة استخدام حزمة أشعة سينية أولية لإثارة الإشعاع الفلوري من العينة عام 1928. ^[⁷^] واليوم، تُستخدم هذه الطريقة كتقنية تحليلية غير مُتلفة، وكأداة للتحكم في العمليات في العديد من الصناعات الاستخراجية والتصنيعية. من حيث المبدأ، يُعد البريليوم (Z = 4) أخف عنصر يمكن تحليله، ولكن نظرًا للقيود المفروضة على الأجهزة وانخفاض إنتاجية الأشعة السينية للعناصر الخفيفة، فإنه غالبًا ما يصعب تحديد كمية العناصر الأخف من الصوديوم (Z = 11)، ما لم تُجرَ تصحيحات للخلفية وتصحيحات شاملة للغاية بين العناصر.

مطيافية تشتت الطاقة

في مطياف تشتت الطاقة (EDX أو EDS)، يسمح الكاشف بتحديد طاقة الفوتون عند اكتشافه. تاريخياً، كانت الكواشف تعتمد على أشباه موصلات السيليكون ، على شكل بلورات سيليكون منجرفة بالليثيوم ، أو رقائق سيليكون عالية النقاء.

كاشفات السيليكون (الليثيوم)

تتكون هذه الأجهزة أساسًا من ثنائي PIN من السيليكون بسمك 3-5 مم (يشبه ثنائي PIN) مع جهد انحياز قدره -1000 فولت. يشكل الجزء المركزي المشبع بالليثيوم الطبقة غير الموصلة i، حيث يعوض الليثيوم المستقبلات المتبقية التي من شأنها أن تجعل الطبقة من النوع p. عند مرور فوتون أشعة سينية، يتسبب ذلك في تكوين مجموعة من أزواج الإلكترون-فجوة، مما يؤدي إلى نبضة جهد. وللحصول على موصلية منخفضة بما فيه الكفاية، يجب الحفاظ على الكاشف عند درجة حرارة منخفضة، ويجب استخدام التبريد بالنيتروجين السائل للحصول على أفضل دقة. مع بعض فقدان الدقة، يمكن استخدام تبريد بلتييه الأكثر ملاءمة. ^[⁸^]

كاشفات الرقاقات

في الآونة الأخيرة، أصبحت رقائق السيليكون عالية النقاء ذات الموصلية المنخفضة متوفرة بشكل روتيني. وبفضل تبريدها بتأثير بلتييه ، توفر هذه الرقائق كاشفًا رخيصًا ومريحًا، على الرغم من أن كاشف السيليكون (الليثيوم) المبرد بالنيتروجين السائل لا يزال يتمتع بأفضل دقة (أي القدرة على تمييز طاقات الفوتونات المختلفة).

مكبرات الصوت

تُعالَج النبضات المُوَلَّدة بواسطة الكاشف بواسطة مُضخِّمات تشكيل النبضات. يستغرق المُضخِّم وقتًا لتشكيل النبضة للحصول على أفضل دقة، ولذلك توجد مُفاضلة بين الدقة ومعدل العد: يؤدي طول وقت المعالجة للحصول على دقة جيدة إلى "تراكم النبضات" حيث تتداخل نبضات الفوتونات المُتتالية. مع ذلك، عادةً ما تكون أحداث الفوتونات المُتعددة أطول زمنيًا (لم تصل الفوتونات في نفس الوقت تمامًا) من أحداث الفوتون الواحد، وبالتالي يُمكن استخدام تمييز طول النبضة لتصفية مُعظمها. مع ذلك، سيبقى عدد قليل من قمم التراكم، ويجب تضمين تصحيح التراكم في البرنامج في التطبيقات التي تتطلب تحليل الآثار. لتحقيق أقصى استفادة من الكاشف، يجب تقليل تيار الأنبوب للحفاظ على أحداث الفوتونات المُتعددة (قبل التمييز) عند مستوى معقول، على سبيل المثال 5-20%.

لذلك، فإن إدارة هذه المفاضلة بين السرعة والدقة تعتبر اعتبارًا أساسيًا في تصميم أجهزة الأشعة السينية الحديثة، وخاصة للتطبيقات الصناعية ذات الإنتاجية العالية.

يعالج

تُخصص قدرة حاسوبية كبيرة لتصحيح تراكم النبضات واستخراج البيانات من الأطياف ذات الدقة المنخفضة. وتعتمد عمليات التصحيح المعقدة هذه عادةً على علاقات تجريبية قد تتغير بمرور الوقت، مما يستلزم مراقبة مستمرة للحصول على بيانات كيميائية بدقة كافية.

تُستخدم معالجات النبضات الرقمية على نطاق واسع في أجهزة القياس النووية عالية الأداء. فهي قادرة على الحدّ من تراكم الإشارات وانزياحات خط الأساس بكفاءة، مما يُسهّل عملية المعالجة. كما أنها مزودة بمرشح تمرير منخفض مدمج، مما يُحسّن نسبة الإشارة إلى الضوضاء. يتطلب تشغيل معالج النبضات الرقمية كمية كبيرة من الطاقة، ولكنه يُقدّم نتائج دقيقة.

الاستخدام

تختلف مطيافات الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) عن مطيافات الأشعة السينية المشتتة للطول الموجي (WDX) في صغر حجمها وبساطة تصميمها وقلة أجزائها الهندسية؛ إلا أن دقة مطيافات EDX ووضوحها أقل من مطيافات WDX. كما يمكن لمطيافات EDX استخدام أنابيب أشعة سينية مصغرة أو مصادر أشعة غاما، مما يجعلها أرخص حجمًا ويسمح بتصغيرها وحملها. يُستخدم هذا النوع من الأجهزة عادةً في تطبيقات فحص مراقبة الجودة المحمولة، مثل اختبار الألعاب للكشف عن محتوى الرصاص (Pb)، وفرز الخردة المعدنية ، وقياس محتوى الرصاص في دهانات المنازل. من ناحية أخرى، فإن انخفاض الدقة ومشاكل انخفاض معدل العد وطول زمن التوقف تجعلها غير مناسبة للتحليل عالي الدقة. ومع ذلك، فهي فعالة للغاية في التحليل السريع متعدد العناصر. تزن أجهزة تحليل الأشعة السينية المحمولة المتوفرة حاليًا في السوق أقل من 2 كجم، ولها حدود كشف في حدود جزأين من المليون من الرصاص (Pb) في الرمل النقي. باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح وباستخدام مطيافية تشتت طاقة الأشعة السينية (EDX)، تم توسيع نطاق الدراسات لتشمل العينات العضوية مثل العينات البيولوجية والبوليمرات.

الشكل 6: الترتيب التخطيطي لمطياف تشتيت الطول الموجي

مطيافية تشتت الطول الموجي

في مطيافات تشتيت الطول الموجي (WDX أو WDS)، تُفصل الفوتونات المنبعثة عن طريق حيودها على بلورة أحادية قبل الكشف عنها. ورغم أن مطيافات تشتيت الطول الموجي تُستخدم أحيانًا لمسح نطاق واسع من الأطوال الموجية، مما ينتج عنه مخطط طيفي كما في مطيافية تشتت الطاقة للأشعة السينية (EDS)، إلا أنها عادةً ما تُضبط لإجراء القياسات فقط عند أطوال موجات خطوط انبعاث العناصر المراد دراستها. ويتحقق ذلك بطريقتين مختلفتين:

تحتوي أجهزة قياس الطيف "المتزامنة" على عدد من "القنوات" المخصصة لتحليل عنصر واحد، تتكون كل منها من مُوحِّد لون بلوري ذي هندسة ثابتة ، وكاشف، وإلكترونيات معالجة. يتيح ذلك قياس عدد من العناصر في وقت واحد، وفي حالة الأجهزة عالية الطاقة، يمكن الحصول على تحليلات كاملة عالية الدقة في أقل من 30 ثانية. ومن مزايا هذا التصميم أيضًا أن مُوحِّدات اللون ذات الهندسة الثابتة لا تحتوي على أجزاء متحركة باستمرار، مما يجعلها موثوقة للغاية. تُعد الموثوقية أمرًا بالغ الأهمية في بيئات الإنتاج حيث يُتوقع من الأجهزة العمل دون انقطاع لأشهر متواصلة. تشمل عيوب أجهزة قياس الطيف المتزامنة التكلفة العالية نسبيًا للتحليلات المعقدة، نظرًا لارتفاع تكلفة كل قناة مستخدمة. كما أن عدد العناصر التي يمكن قياسها محدود بـ 15-20 عنصرًا، بسبب قيود المساحة على عدد مُوحِّدات اللون التي يمكن وضعها حول العينة المتألقة. تتطلب الحاجة إلى استيعاب عدة مُوحِّدات لونية ترتيبًا مفتوحًا نسبيًا حول العينة، مما يؤدي إلى مسافات طويلة نسبيًا بين الأنبوب والعينة والبلورة، وبالتالي انخفاض شدة الإشارة المُكتشفة وزيادة التشتت. كما أن الجهاز غير مرن، لأنه في حال قياس عنصر جديد، يجب شراء قناة قياس جديدة وتركيبها.
تتكون أجهزة قياس الطيف "التسلسلية" من مُوحِّد لون واحد ذي هندسة متغيرة (ولكن عادةً ما يكون مزودًا بترتيب لاختيار البلورات)، ومجموعة كاشف واحدة (ولكن عادةً ما تحتوي على أكثر من كاشف واحد مُرتب على التوالي)، ووحدة إلكترونية واحدة. يُبرمج الجهاز للتنقل عبر سلسلة من الأطوال الموجية، حيث يختار في كل حالة قدرة أنبوب الأشعة السينية المناسبة، والبلورة المناسبة، وترتيب الكاشف المناسب. طول برنامج القياس غير محدود عمليًا، مما يجعل هذا الترتيب مرنًا للغاية. نظرًا لوجود مُوحِّد لون واحد فقط، يمكن الحفاظ على المسافات بين الأنبوب والعينة والبلورة قصيرة جدًا، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من فقدان شدة الإشارة المُكتشفة. يتمثل العيب الواضح في طول وقت التحليل نسبيًا، خاصةً عند تحليل العديد من العناصر، ليس فقط لأن العناصر تُقاس بالتتابع، ولكن أيضًا لأن هناك وقتًا مُستغرقًا لإعادة ضبط هندسة مُوحِّد اللون بين القياسات. علاوة على ذلك، يُشكل النشاط المُكثف لمُوحِّد اللون أثناء برنامج التحليل تحديًا للموثوقية الميكانيكية. ومع ذلك، يمكن للأجهزة التسلسلية الحديثة أن تحقق موثوقية جيدة تقريبًا مثل موثوقية الأجهزة المتزامنة، حتى في تطبيقات الاستخدام المستمر.

تحضير العينة

للحفاظ على ثبات هندسة مجموعة الأنبوب والعينة والكاشف، تُحضّر العينة عادةً على شكل قرص مسطح، بقطر يتراوح عادةً بين 20 و50 مم. يُوضع هذا القرص على مسافة صغيرة وموحدة من نافذة الأنبوب. ولأن شدة الأشعة السينية تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة ، يجب أن تكون دقة موضع القرص ومستوى استواء سطحه عالية جدًا لضمان تدفق متكرر للأشعة السينية. تتنوع طرق تحضير أقراص العينات: فقد تُشكّل المعادن آليًا، أو تُطحن المعادن الأخرى طحنًا ناعمًا وتُضغط على شكل قرص، أو يُصب الزجاج بالشكل المطلوب. ومن الأسباب الأخرى للحصول على سطح عينة مسطح وممثل، أن الأشعة السينية الثانوية المنبعثة من العناصر الأخف وزنًا غالبًا ما تنبعث فقط من الطبقة السطحية للعينة (بضعة ميكرومترات). وللحد من تأثير عدم انتظام السطح، تُدار العينة عادةً بسرعة تتراوح بين 5 و20 دورة في الدقيقة. ومن الضروري التأكد من أن سمك العينة كافٍ لامتصاص كامل الحزمة الأولية. بالنسبة للمواد ذات العدد الذري الأعلى، فإن سمك بضعة ملليمترات يكون كافياً، ولكن بالنسبة لمصفوفة العناصر الخفيفة مثل الفحم، يلزم سمك يتراوح بين 30 و40 مم.

أحاديات اللون

تتمثل السمة المشتركة لأجهزة أحادية اللون في الحفاظ على هندسة متناظرة بين العينة والبلورة والكاشف. وفي هذه الهندسة، يتم الحصول على شرط حيود براغ.

تتميز خطوط انبعاث الأشعة السينية بضيقها الشديد (انظر الشكل 2)، لذا يجب تحديد الزوايا بدقة متناهية. ويتم تحقيق ذلك بطريقتين:

بلورة مسطحة مزودة بموازنات سولر

مُجمِّع سولر عبارة عن مجموعة من الصفائح المعدنية المتوازية، تفصل بينها مسافة بضعة أعشار من المليمتر. ولتحسين الدقة الزاوية، يجب إطالة المُجمِّع، و/أو تقليل المسافة بين الصفائح. يتميز هذا التصميم بالبساطة والتكلفة المنخفضة نسبيًا، ولكنه يُقلل من شدة الضوء ويزيد من تشتته، ويُقلل من مساحة العينة والبلورة التي يُمكن رؤيتها. وتُعد بساطة التصميم الهندسي مفيدة بشكل خاص لأجهزة أحادية اللون ذات الهندسة المتغيرة.

الشكل 8: بلورة مسطحة مزودة بمُجمِّعات سولر

بلورة منحنية ذات شقوق

تضمن هندسة دائرة رولاند أن تكون الفتحتان في بؤرة التركيز، ولكن لكي يتحقق شرط براغ في جميع النقاط، يجب أولاً ثني البلورة إلى نصف قطر 2R (حيث R هو نصف قطر دائرة رولاند)، ثم صقلها إلى نصف قطر R. يتيح هذا الترتيب شدة إضاءة أعلى (عادةً 8 أضعاف) مع دقة أعلى (عادةً 4 أضعاف) وخلفية أقل. ومع ذلك، فإن آلية الحفاظ على هندسة دائرة رولاند في أحادي اللون ذي الزاوية المتغيرة صعبة للغاية. في حالة أحاديات اللون ذات الزاوية الثابتة (للاستخدام في أجهزة قياس الطيف المتزامنة)، توفر البلورات المنحنية على شكل حلزوني لوغاريتمي أفضل أداء للتركيز. إن تصنيع البلورات المنحنية بتفاوتات مقبولة يزيد من سعرها بشكل كبير.

المواد البلورية

يمكن الحصول على فهم بديهي لحيود الأشعة السينية من خلال نموذج براغ للحيود . في هذا النموذج، يرتبط انعكاس معين بمجموعة من الصفائح المتساوية التباعد التي تخترق البلورة، وعادةً ما تمر عبر مراكز ذرات الشبكة البلورية. يُحدد اتجاه مجموعة معينة من الصفائح بواسطة مؤشرات ميلر الثلاثة ( h ، k ، l )، ويُرمز إلى المسافة بينها بالرمز d . اقترح ويليام لورانس براغ نموذجًا تتشتت فيه الأشعة السينية الواردة تشتتًا منتظمًا (كانعكاس المرآة) من كل مستوى؛ وبناءً على هذا الافتراض، تتداخل الأشعة السينية المتشتتة من المستويات المتجاورة تداخلًا بناءً ( تداخلًا بناءً ) عندما تكون الزاوية $θ$ بين المستوى وشعاع الأشعة السينية ناتجة عن فرق في طول المسار يساوي مضاعفًا صحيحًا n لطول موجة الأشعة السينية λ. (الشكل 7)

2d\sin \theta =n\lambda .

الخصائص المرغوبة لبلورة الحيود هي:

شدة حيود عالية
تشتت عالي
عرض قمة حيود ضيق
نسبة عالية بين ذروة الإشارة والخلفية
غياب العناصر المتداخلة
معامل تمدد حراري منخفض
الثبات في الهواء وعند التعرض للأشعة السينية
متوفر فوراً
تكلفة منخفضة

تميل البلورات ذات البنية البسيطة إلى إعطاء أفضل أداء حيود. أما البلورات التي تحتوي على ذرات ثقيلة، فتُظهر حيودًا جيدًا، ولكنها تُظهر أيضًا تألقًا أكبر في نطاق الطاقة العالية، مما يُسبب تداخلًا. بينما تميل البلورات القابلة للذوبان في الماء، أو المتطايرة، أو العضوية إلى إظهار استقرار ضعيف.

تشمل المواد البلورية الشائعة الاستخدام فلوريد الليثيوم (LiF)، وفوسفات ثنائي هيدروجين الأمونيوم (ADP )، والجرمانيوم (Ge )، والسيليكون (Si)، والجرافيت ، وأنتيمونيد الإنديوم (InSb )، وخماسي إريثريتول رباعي (هيدروكسي ميثيل) الميثان (PE)، وفثالات هيدروجين البوتاسيوم ( KAP)، وفثالات هيدروجين الروبيديوم (RbAP)، وفثالات هيدروجين الثاليوم (I) (TlAP ). إضافةً إلى ذلك، يتزايد استخدام "البنى المجهرية التركيبية الطبقية" (LSMs)، وهي مواد ذات بنية "ساندويتشية" تتكون من طبقات سميكة متتالية من مادة أساسية ذات عدد ذري منخفض، وطبقات أحادية الذرة من عنصر ثقيل. ويمكن من حيث المبدأ تصنيع هذه البنى حسب الطلب لتحييد أي طول موجي طويل مرغوب فيه، وتُستخدم على نطاق واسع للعناصر التي تتراوح أطوالها الموجية من الليثيوم إلى المغنيسيوم.

في الطرق العلمية التي تستخدم حيود الأشعة السينية/ النيوترونات أو الإلكترونات، يمكن مضاعفة مستويات الحيود المذكورة سابقًا لعرض انعكاسات ذات رتب أعلى. ويمكن حساب هذه المستويات، الناتجة عن مؤشرات ميلر، لبلورة أحادية. وتُسمى القيم الناتجة لـ h و k و l مؤشرات لاوي . لذا، يمكن أن تكون البلورة الأحادية متغيرة، بحيث يمكن استخدام العديد من تكوينات الانعكاس لتلك البلورة لعكس نطاقات طاقة مختلفة. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام بلورة الجرمانيوم (Ge111) أيضًا كبلورات Ge333 و Ge444 وغيرها.

ولهذا السبب، يتم دائمًا تدوين المؤشرات المقابلة المستخدمة لإعداد تجريبي معين خلف مادة البلورة (على سبيل المثال Ge111، Ge444).

يُحظر تكوين Ge222 بسبب قواعد الحيود التي تنص على أن جميع الانعكاسات المسموح بها يجب أن تكون ذات مؤشرات ميلر فردية أو زوجية، والتي عند دمجها، ينتج عنها $4n$ ، أين $n$ هو ترتيب الانعكاس.

خصائص البلورات شائعة الاستخدام
مادة	طائرة	د (نانومتر)	الحد الأدنى λ (نانومتر)	أقصى طول موجي (نانومتر)	شدة	التمدد الحراري	متانة
الحياة	200	0.2014	0.053	0.379	+++++	+++	+++
الحياة	220	0.1424	0.037	0.268	+++	++	+++
الحياة	420	0.0901	0.024	0.169	++	++	+++
ADP	101	0.5320	0.139	1.000	+	++	++
جي	111	0.3266	0.085	0.614	+++	+	+++
جي	222	0.1633	مُحرَّم	مُحرَّم	+++	+	+++
جي	333	0.1088	0.17839	0.21752	+++	+	+++
جي	444	0.0816	0.13625	0.16314	+++	+	+++
جي	310	0.1789	مُحرَّم	مُحرَّم	+++	+	+++
جي	620	0.0894	0.14673	0.17839	+++	+	+++
جرافيت	001	0.3354	0.088	0.630	++++	+	+++
إنستغرام	111	0.3740	0.098	0.703	++++	+	+++
البولي إيثيلين	002	0.4371	0.114	0.821	+++	+++++	+
كاب	1010	1.325	0.346	2.490	++	++	++
RbAP	1010	1.305	0.341	2.453	++	++	++
نعم	111	0.3135	0.082	0.589	++	+	+++
TlAP	1010	1.295	0.338	2.434	+++	++	++
YB ₆₆	400	0.586
6 نانومتر LSM	-	6.00	1.566	11.276	+++	+	++

خطوط التحليل العنصري

تُختار الخطوط الطيفية المستخدمة في التحليل العنصري للمواد الكيميائية بناءً على شدتها، وإمكانية الوصول إليها بواسطة الجهاز، وعدم تداخلها مع خطوط أخرى. وتُحدد طاقات هذه الخطوط الطيفية وفقًا لقانون موزلي. وفيما يلي الخطوط الطيفية النموذجية المستخدمة، وأطوال موجاتها، وطاقاتها:

عنصر	خط	الطول الموجي (نانومتر)	الطاقة (إلكترون فولت)	عنصر	خط	الطول الموجي (نانومتر)	الطاقة (إلكترون فولت)	عنصر	خط	الطول الموجي (نانومتر)	الطاقة (إلكترون فولت)	عنصر	خط	الطول الموجي (نانومتر)	الطاقة (إلكترون فولت)
لي	كا	22.8	54.38	ني	Kα ₁	0.1658	7477.94	أنا	Lα ₁	0.3149	3937.26	نقطة	Lα ₁	0.1313	9442.82
يكون	كا	11.4	108.76	النحاس	Kα ₁	0.1541	8045.70	زينون	Lα ₁	0.3016	4110.88	أستراليا	Lα ₁	0.1276	9716.63
ب	كا	6.76	183.41	الزنك	Kα ₁	0.1435	8640.01	ج	Lα ₁	0.2892	4287.14	الزئبق	Lα ₁	0.1241	9990.67
ج	كا	4.47	277.37	جا	Kα ₁	0.1340	9252.55	با	Lα ₁	0.2776	4466.29	تي إل	Lα ₁	0.1207	10272.10
شمال	كا	3.16	392.36	جي	Kα ₁	0.1254	9887.10	لا	Lα ₁	0.2666	4650.57	الرصاص	Lα ₁	0.1175	10551.85
يا	كا	2.362	524.91	مثل	Kα ₁	0.1176	10542.87	سي	Lα ₁	0.2562	4839.35	ثنائي الجنس	Lα ₁	0.1144	10837.78
F	Kα _1,2	1.832	676.77	سي	Kα ₁	0.1105	11220.29	برو	Lα ₁	0.2463	5033.87	بو	Lα ₁	0.1114	11129.64
ني	Kα _1,2	1.461	848.63	بر	Kα ₁	0.1040	11921.56	اختصار الثاني	Lα ₁	0.2370	5231.40	في	Lα ₁	0.1085	11427.12
نا	Kα _1,2	1.191	1041.01	كر	Kα ₁	0.09801	12650.16	مساءً	Lα ₁	0.2282	5433.14	ممرضة مسجلة	Lα ₁	0.1057	11729.82
المغنيسيوم	Kα _1,2	0.989	1253.63	Rb	Kα ₁	0.09256	13395.01	صغير	Lα ₁	0.2200	5635.65	الأب	Lα ₁	0.1031	12025.63
ال	Kα _1,2	0.834	1486.62	الأب	Kα ₁	0.08753	14164.77	الاتحاد الأوروبي	Lα ₁	0.2121	5845.55	رع	Lα ₁	0.1005	12336.74
نعم	Kα _1,2	0.7126	1739.88	Y	Kα ₁	0.08288	14959.48	الله	Lα ₁	0.2047	6056.87	أ	Lα ₁	0.0980	12651.45
P	Kα _1,2	0.6158	2013.38	زركونيوم	Kα ₁	0.07859	15776.08	السل	Lα ₁	0.1977	6271.33	ذ	Lα ₁	0.0956	12969.06
S	Kα _1,2	0.5373	2307.54	ملاحظة	Kα ₁	0.07462	16615.41	دي	Lα ₁	0.1909	6494.72	با	Lα ₁	0.0933	13288.77
Cl	Kα _1,2	0.4729	2621.78	شهر	Kα ₁	0.07094	17477.33	هو	Lα ₁	0.1845	6720.01	يو	Lα ₁	0.0911	13609.68
أر	Kα _1,2	0.4193	2956.93	Tc	Kα ₁	0.06751	18365.31	إيه	Lα ₁	0.1784	6949.79	Np	Lα ₁	0.0888	13962.18
ك	Kα _1,2	0.3742	3313.31	رو	Kα ₁	0.06433	19273.15	™	Lα ₁	0.1727	7179.17	بو	Lα ₁	0.0868	14283.89
كاليفورنيا	Kα _1,2	0.3359	3691.10	Rh	Kα ₁	0.06136	20206.03	Yb	Lα ₁	0.1672	7415.32	أكون	Lα ₁	0.0847	14638.04
العلوم	Kα _1,2	0.3032	4089.19	Pd	Kα ₁	0.05859	21161.32	لو	Lα ₁	0.1620	7653.35	سم	Lα ₁	0.0828	14973.94
تي	Kα _1,2	0.2749	4510.16	الزراعة	Kα ₁	0.05599	22143.99	Hf	Lα ₁	0.1570	7897.08	كتاب	Lα ₁	0.0809	15325.61
V	Kα ₁	0.2504	4951.45	قرص مضغوط	Kα ₁	0.05357	23144.33	تا	Lα ₁	0.1522	8146.14	انظر	Lα ₁	0.0791	15674.36
Cr	Kα ₁	0.2290	5414.16	في	Lα ₁	0.3772	3286.96	دبليو	Lα ₁	0.1476	8400.01	إس	Lα ₁	0.0773	16039.35
المنغنيز	Kα ₁	0.2102	5898.39	سن	Lα ₁	0.3600	3444.01	يكرر	Lα ₁	0.1433	8652.07	إف إم	Lα ₁	0.0756	16400.03
Fe	Kα ₁	0.1936	6404.14	Sb	Lα ₁	0.3439	3605.24	نظام التشغيل	Lα ₁	0.1391	8913.31	ماريلاند	Lα ₁	0.0740	16754.62
شركة	Kα ₁	0.1789	6930.36	تي	Lα ₁	0.3289	3769.66	إير	Lα ₁	0.1351	9177.22	لا	Lα ₁	0.0724	17124.89

تُستخدم خطوط أخرى في كثير من الأحيان، وذلك حسب نوع العينة والمعدات المتاحة.

خطوط التحليل الإنشائي

لا يزال حيود الأشعة السينية (XRD) الطريقة الأكثر استخدامًا لتحليل التركيب البلوري للمركبات. ومع ذلك، مع تزايد التفاصيل حول علاقة $K\beta$ بفضل أطياف الخطوط والبيئة الكيميائية المحيطة بذرة المعدن المتأينة، أصبحت قياسات منطقة الطاقة التي تسمى التكافؤ إلى النواة (VtC) قابلة للتطبيق بشكل متزايد.

لاحظ العلماء أنه بعد تأين ذرة فلز انتقالي ثلاثي الأبعاد ، $K\beta$ تتغير شدة وطاقة خطوط الامتصاص بتغير حالة أكسدة المعدن ونوع الرابطة (الروابط). وتميل حالات الدوران المغزلي في المركب إلى التأثير على هذا النوع من القياس. ^{[ 9 ]}

هذا يعني أنه من خلال دراسة متعمقة لهذه الخطوط الطيفية، يمكن الحصول على معلومات بالغة الأهمية من العينة. خاصةً إذا توفرت مراجع دُرست بتفصيل دقيق ويمكن استخدامها لتمييز الاختلافات. وتشمل المعلومات التي يتم جمعها من هذا النوع من القياس ما يلي:

حالة أكسدة ذرة المعدن المركزية في المركب (انزياحات $K\beta _{1,3}$ (الخط الرئيسي في المركبات ذات الدوران المنخفض)
حالات الدوران لمركبات الفلزات الانتقالية (الشكل العام لـ $K\beta _{1,3}$ - و $K\beta '$ -الخطوط الرئيسية)
هوية واتجاه الروابط المرتبطة بذرة المعدن المركزية (من $K\beta ''$ (قمر صناعي) ^{[ 10 ]}

تُجرى هذه القياسات في الغالب في مرافق السنكروترون، على الرغم من تطوير عدد من أجهزة قياس الطيف "المختبرية" ^{[ 11 ]} واستخدامها لقياسات ما قبل وقت الحزمة (الوقت الذي يقضيه المستخدم في السنكروترون). ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

أجهزة الكشف

تتطلب أجهزة الكشف المستخدمة في قياس الطيف التشتتي للطول الموجي سرعات معالجة نبضات عالية للتعامل مع معدلات عد الفوتونات العالية جدًا التي يمكن الحصول عليها. إضافةً إلى ذلك، تحتاج هذه الأجهزة إلى دقة طاقة كافية لتصفية الضوضاء الخلفية والفوتونات الدخيلة من الحزمة الأولية أو من تألق البلورات. وهناك أربعة أنواع شائعة من أجهزة الكشف:

عدادات تناسبية لتدفق الغاز
أجهزة كشف الغاز المغلقة
عدادات الوميض
كواشف أشباه الموصلات

الشكل 11: ترتيب عداد التدفق النسبي للغاز

تُستخدم عدادات التدفق التناسبي للغاز بشكل أساسي للكشف عن الأطوال الموجية الطويلة. يتدفق الغاز عبرها باستمرار. في حال وجود عدة كواشف، يمر الغاز عبرها على التوالي، ثم يُصرّف إلى النفايات. يتكون الغاز عادةً من 90% أرجون و10% ميثان ("P10")، مع إمكانية استبدال الأرجون بالنيون أو الهيليوم عند الكشف عن أطوال موجية طويلة جدًا (أكثر من 5 نانومتر). يتأين الأرجون بفعل فوتونات الأشعة السينية الواردة، ويُضاعف المجال الكهربائي هذه الشحنة إلى نبضة قابلة للقياس. يُثبّط الميثان تكوّن الفوتونات الفلورية الناتجة عن إعادة اتحاد أيونات الأرجون مع الإلكترونات الشاردة. عادةً ما يكون سلك الأنود من التنجستن أو النيكروم بقطر يتراوح بين 20 و60 ميكرومتر. بما أن قوة النبضة المُستَحصَلة تتناسب طرديًا مع نسبة قطر حجرة الكاشف إلى قطر السلك، فإن سلكًا دقيقًا ضروري، ولكنه يجب أن يكون قويًا بما يكفي ليظل مشدودًا ويبقى مستقيمًا ومتمركزًا بدقة مع الكاشف. يجب أن تكون النافذة موصلة، رقيقة بما يكفي لنقل الأشعة السينية بكفاءة، ولكنها سميكة وقوية بما يكفي لتقليل انتشار غاز الكاشف إلى الفراغ العالي لحجرة أحادي اللون. من المواد الشائعة الاستخدام معدن البريليوم، وفيلم PET المُطلي بالألومنيوم، والبولي بروبيلين المُطلي بالألومنيوم . النوافذ فائقة الرقة (حتى 1 ميكرومتر) المُستخدمة مع الأطوال الموجية الطويلة ذات الاختراق المنخفض باهظة الثمن. تُفرز النبضات إلكترونيًا عن طريق "اختيار ارتفاع النبضة" لعزل النبضات الناتجة عن فوتونات الأشعة السينية الثانوية التي يتم عدّها.

تُشبه أجهزة الكشف عن الغاز المغلقة عدادات التدفق التناسبية للغاز، باستثناء أن الغاز لا يمر عبرها. عادةً ما يكون الغاز المستخدم هو الكريبتون أو الزينون بضغط جوي منخفض. وتُستخدم هذه الأجهزة عادةً مع أطوال موجية تتراوح بين 0.15 و0.6 نانومتر. من حيث المبدأ، يُمكن استخدامها مع أطوال موجية أطول، ولكن يُحدّ من ذلك صعوبة تصنيع نافذة رقيقة قادرة على تحمّل فرق الضغط العالي.

تتكون عدادات الوميض من بلورة وميضية (عادةً من يوديد الصوديوم المُطعّم بالثاليوم) متصلة بمضاعف ضوئي . تُنتج البلورة مجموعة من الومضات لكل فوتون مُمتص، ويتناسب عددها مع طاقة الفوتون. يُترجم هذا إلى نبضة من المضاعف الضوئي بجهد يتناسب مع طاقة الفوتون. يجب حماية البلورة بنافذة من رقائق الألومنيوم/البريليوم السميكة نسبيًا، مما يحد من استخدام الكاشف لأطوال موجية أقل من 0.25 نانومتر. غالبًا ما تُوصل عدادات الوميض على التوالي مع عداد تناسبي لتدفق الغاز: يُزود الأخير بنافذة مخرج مقابل للمدخل، حيث يُوصل عداد الوميض بها. يُستخدم هذا الترتيب بشكل خاص في المطيافات التسلسلية.

يمكن استخدام أجهزة الكشف عن أشباه الموصلات من الناحية النظرية، وتتزايد تطبيقاتها مع تحسن تقنيتها، ولكن تاريخيًا كان استخدامها في WDX مقيدًا بسبب استجابتها البطيئة (انظر EDX).

عينة "خرزة" زجاجية لتحليل الأشعة السينية الفلورية، تُصبّ عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية تقريبًا في آلة صهر آلية من نوع هيرتسوغ في مختبر مراقبة الجودة بمصنع أسمنت. 1 (أعلى): الصهر، 2: التسخين المسبق للقالب، 3: صبّ المصهور، 4: تبريد "الخرزة".

استخلاص النتائج التحليلية

للوهلة الأولى، يبدو تحويل معدلات عدّ فوتونات الأشعة السينية إلى تركيزات العناصر أمرًا بسيطًا: يفصل جهاز WDX خطوط الأشعة السينية بكفاءة، ويتناسب معدل توليد الفوتونات الثانوية طرديًا مع تركيز العنصر. مع ذلك، يتأثر عدد الفوتونات الخارجة من العينة أيضًا بالخصائص الفيزيائية للعينة، فيما يُعرف بـ" تأثيرات المصفوفة ". وتنقسم هذه التأثيرات عمومًا إلى ثلاث فئات:

امتصاص الأشعة السينية
تحسين الأشعة السينية
تأثيرات العينة الماكروية

تمتص جميع العناصر الأشعة السينية بدرجات متفاوتة. لكل عنصر طيف امتصاص مميز يتكون من سلسلة من الأهداب على شكل أسنان المنشار، حيث يكون طول موجة كل تغير فيها قريبًا من خط انبعاث العنصر. يؤدي الامتصاص إلى إضعاف الأشعة السينية الثانوية الخارجة من العينة. على سبيل المثال، يبلغ معامل امتصاص كتلة السيليكون عند طول موجة خط Kα للألومنيوم 50 م² ^/ كجم، بينما يبلغ معامل امتصاص كتلة الحديد 377 م² ^/ كجم. هذا يعني أن الأشعة السينية الفلورية الناتجة عن تركيز معين من الألومنيوم في مصفوفة من الحديد تُمتص بمقدار سبعة أضعاف تقريبًا (أي 377/50) مقارنةً بالأشعة السينية الفلورية الناتجة عن نفس تركيز الألومنيوم ولكن في مصفوفة من السيليكون. سيؤدي ذلك إلى انخفاض معدل العد إلى حوالي سُبع معدل العد عند الكشف عن الأشعة السينية. معاملات امتصاص الكتلة معروفة جيدًا ويمكن حسابها. مع ذلك، لحساب الامتصاص لعينة متعددة العناصر، يجب معرفة تركيبها. لذا، يُستخدم إجراء تكراري لتحليل عينة مجهولة. وللحصول على امتصاص الكتلة بدقة، قد يلزم توفر بيانات تركيز العناصر التي لا تُقاس بواسطة مطيافية الأشعة السينية الفلورية (XRF)، وتُستخدم استراتيجيات متنوعة لتقدير هذه البيانات. على سبيل المثال، في تحليل الأسمنت، يُحسب تركيز الأكسجين (الذي لا يُقاس) بافتراض أن جميع العناصر الأخرى موجودة على شكل أكاسيد قياسية.

يحدث التضخيم عندما تكون الأشعة السينية الثانوية المنبعثة من عنصر أثقل ذات طاقة كافية لتحفيز انبعاث ثانوي إضافي من عنصر أخف. ويمكن نمذجة هذه الظاهرة، وإجراء التصحيحات اللازمة شريطة معرفة التركيب الكامل للمادة الأساسية.

تتألف التأثيرات الماكروسكوبية للعينات من تأثيرات عدم تجانس العينة، والظروف غير التمثيلية على سطحها. من الناحية المثالية، تكون العينات متجانسة ومتساوية الخواص ، لكنها غالبًا ما تنحرف عن هذا الوضع المثالي. يمكن أن تؤدي مخاليط المكونات البلورية المتعددة في مساحيق المعادن إلى تأثيرات امتصاص تختلف عن تلك التي يمكن حسابها نظريًا. عند ضغط المسحوق على شكل قرص، تتركز المعادن الدقيقة على السطح. تميل الحبيبات الكروية إلى الهجرة إلى السطح أكثر من الحبيبات الزاوية. في المعادن المشغولة آليًا، تميل المكونات الأكثر ليونة في السبيكة إلى الانتشار على السطح. يتطلب الأمر عناية فائقة وإبداعًا لتقليل هذه التأثيرات. نظرًا لأنها ناتجة عن طريقة تحضير العينة، لا يمكن تعويض هذه التأثيرات بتصحيحات نظرية، ويجب "معايرتها". هذا يعني أن مواد المعايرة والعينات المجهولة يجب أن تكون متشابهة من حيث التركيب والخواص الميكانيكية، وأن معايرة معينة لا تنطبق إلا على نطاق محدود من المواد. تُعدّ الزجاجيات أقرب ما يكون إلى المثالية من حيث التجانس والتناظر، وللحصول على نتائج دقيقة، تُحضّر المعادن عادةً بإذابتها في زجاج البورات ، ثم تُصبّ في قرص مسطح أو "حبة". وبهذه الطريقة، يُمكن تطبيق معايرة عالمية تقريبًا.

تشمل التصحيحات الأخرى الشائعة تصحيح الخلفية وتصحيح تداخل الخطوط. تنشأ إشارة الخلفية في طيف الأشعة السينية الفلورية (XRF) بشكل أساسي من تشتت فوتونات الحزمة الأولية بواسطة سطح العينة. يختلف التشتت باختلاف امتصاص كتلة العينة، حيث يكون في أعلى مستوياته عندما يكون متوسط العدد الذري منخفضًا. عند قياس كميات ضئيلة من عنصر ما، أو عند القياس على مصفوفة ضوئية متغيرة ، يصبح تصحيح الخلفية ضروريًا. وهذا ممكن عمليًا فقط في المطياف التسلسلي. يُعد تداخل الخطوط مشكلة شائعة، مع الأخذ في الاعتبار أن طيف معدن معقد قد يحتوي على مئات الخطوط القابلة للقياس. في بعض الأحيان، يمكن التغلب على هذه المشكلة بقياس خط أقل كثافة ولكنه خالٍ من التداخل، ولكن في حالات معينة يكون التصحيح حتميًا. على سبيل المثال، يُعد خط Kα الخط الوحيد القابل للاستخدام لقياس الصوديوم، وهو يتداخل مع خط الزنك Lβ (L₂ _- M₄ ₎ . وبالتالي، إذا وُجد الزنك، فيجب تحليله لتصحيح قيمة الصوديوم بشكل صحيح.

طرق طيفية أخرى تستخدم نفس المبدأ

من الممكن أيضاً توليد انبعاث ثانوي مميز للأشعة السينية باستخدام إشعاع ساقط آخر لإثارة العينة:

شعاع الإلكترون : مسبار إلكتروني دقيق ؛
حزمة الأيونات : انبعاث الأشعة السينية المستحث بالجسيمات (PIXE).

عند تعريض العينة لشعاع الأشعة السينية، فإنها تصدر أيضاً إشعاعات أخرى يمكن استخدامها للتحليل:

الإلكترونات المنبعثة بفعل التأثير الكهروضوئي : مطيافية الإلكترونات الضوئية بالأشعة السينية (XPS)، وتسمى أيضًا مطيافية الإلكترونات للتحليل الكيميائي (ESCA).

يؤدي التحلل أيضًا إلى طرد إلكترونات أوجيه ، ولكن مطيافية إلكترون أوجيه (AES) تستخدم عادةً حزمة إلكترونية كمسبار.

التصوير المجهري بالأشعة السينية باستخدام المجهر متحد البؤر هو تقنية أحدث تسمح بالتحكم في العمق، بالإضافة إلى التوجيه الأفقي والرأسي، على سبيل المثال، عند تحليل الطبقات المدفونة في لوحة فنية. ^{[ 14 ]}

تأهيل الأجهزة

تتناول مراجعة أجريت عام 2022 ^{[ 15 ]} تطبيق الأجهزة المحمولة من منظور ضمان الجودة / مراقبة الجودة . وتقدم دليلاً لتطوير مجموعة من إجراءات التشغيل القياسية في حال عدم توفر إرشادات الامتثال التنظيمي.

انظر أيضاً

مطيافية الانبعاث – ترددات الضوء المنبعث من الذرات أو المركبات الكيميائية. صفحات تعرض أوصافًا موجزة للأهداف المراد إعادة توجيهها.
قائمة طرق تحليل المواد
التألق المجهري بالأشعة السينية
تأثير موسباور – انبعاث وامتصاص إشعاع غاما الرنيني والخالي من الارتداد بواسطة نوى الذرات ، والتألق الرنيني لأشعة غاما
التصوير المجسم بالأشعة السينية الفلورية

ملحوظات

↑ [NEW_REF_1 - استبدل المرجع القديم 1 بالمراجعة الحالية لتطبيقات XRF]
↑ جانسينز، ك. (2020). "التطورات الحديثة في تقنيات التصوير الطيفي لتحليل اللوحات التاريخية". الفيزياء التطبيقية أ . 126 (2): 1-15 .
↑ مانتلر، م. (2022). التألق بالأشعة السينية في الفن وعلم الآثار . سبرينغر.
↑ سميث، أ. (2021). "تطورات في تقنية الأشعة السينية المحمولة للتحليل الميداني". مجلة الكيمياء التحليلية . 76 (4): 512-525 .
↑ جونسون، م. (2022). "التطورات الحديثة في مصادر الأشعة السينية المصغرة". وقائع المؤتمر الدولي للتقنيات التحليلية . ص 234-241 .
↑ تشين، هـ. (2023). "مصادر النظائر المشعة في الأجهزة التحليلية الحديثة: مراجعة السلامة والتطبيقات". فيزياء وكيمياء الإشعاع . 204 : 110-125 .
^ غلوكر، ر.، وشرايبر، هـ، أنالين دير فيزيك. ، 85، (1928)، ص. 1089
↑ تومسون، أ. (2020). "تقنيات كاشفات الأشعة السينية الحديثة: مراجعة مقارنة". مجلة إشعاع السنكروترون . 27 : 1234-1247 .
↑ بيرغمان، يو. (2021). "مطيافية الأشعة السينية للعلوم الكيميائية والطاقة: حالة البروتينات المعدنية". مجلة نيتشر ريفيوز للكيمياء . 5 : 842-858 .
↑ لي، ن. (2020). "دراسة تأثيرات الربيطة في مركبات الحديد باستخدام مطيافية الأشعة السينية عالية الدقة". الكيمياء اللاعضوية . 59 (15): 10416-10426 .
↑ سميث، ب. (2022). "أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية المكتبية لتحليل الحالة الكيميائية". مراجعات الكيمياء التحليلية . 94 (3): 112-125 .
↑ جونز، ر. (2021). "مطيافية انبعاث الأشعة السينية المختبرية: أداة جديدة لدراسة البنية الإلكترونية". مجلة الفيزياء الكيميائية . 155 : 150901.
↑ تشين، و. (2023). "تطورات في مطيافية الأشعة السينية المكتبية لتوصيف المواد". مجلة المواد اليوم . 18 : 100-115 .
↑ ل. فينس (2005). "التصوير المجهري بالأشعة السينية البؤرية والتصوير المقطعي بالأشعة السينية لتحليل العناصر النزرة ثلاثي الأبعاد" . المجهر والتحليل المجهري . 11 : 682. doi : 10.1017/S1431927605503167 .
↑ أندرسون، ك. (2022). "ضمان الجودة ومراقبة الجودة في مطيافية التألق بالأشعة السينية المحمولة: الممارسات الحالية والاتجاهات الجديدة". مجلة Spectrochimica Acta الجزء ب . 188 : 106-120 .

مراجع

بيكهوف، ب.، كانجيسر، ب.، لانغهوف، ن.، ويديل، ر.، وولف، هـ.، دليل التحليل العملي للأشعة السينية الفلورية ، سبرينغر، 2006، ISBN 3-540-28603-9
بيرتين، إي بي، مبادئ وممارسة التحليل الطيفي بالأشعة السينية ، كلوير أكاديميك / بلينوم للنشر، رقم ISBN 0-306-30809-6
بورك، في إي، جينكينز، آر، سميث، دي كيه، دليل عملي لإعداد العينات لتحليل الأشعة السينية الفلورية (XRF) وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD) ، وايلي، 1998، رقم ISBN 0-471-19458-1
جينكينز، ر.، مطيافية التألق بالأشعة السينية ، وايلي، رقم ISBN 0-471-29942-1
جينكينز، آر، دي فريس، جيه إل، قياس طيف الأشعة السينية العملي ، سبرينغر-فيرلاغ، 1973، ISBN 0-387-91029-8
جينكينز، ر.، آر دبليو غولد، آر دبليو، جيدكه، د.، قياس الطيف الكمي بالأشعة السينية ، مارسيل ديكر، رقم ISBN 0-8247-9554-7
بينر-هان، جيمس إي. (2013). "الفصل 2. تقنيات الكشف عن المعادن في الخلايا المفردة. القسم 4، التألق الذاتي للأشعة السينية". في: بانسي، لوسيا (محرر). علم المعادن والخلية . أيونات المعادن في علوم الحياة. المجلد 12. سبرينغر. الصفحات 15-40 . doi : 10.1007/978-94-007-5561-1_2 . ISBN 978-94-007-5560-4PMID 23595669 رقم الكتاب الإلكتروني الدولي (ISBN) 978-94-007-5561-1ISSN 1559-0836 إلكترونيًا - ISSN 1868-0402
Van Grieken، RE، Markowicz، AA، كتيب قياس طيف الأشعة السينية الطبعة الثانية؛ شركة مارسيل ديكر: نيويورك، 2002؛ المجلد. 29؛ رقم ISBN 0-8247-0600-5

روابط خارجية

[1] [NEW_REF_1 - استبدل المرجع القديم 1 بالمراجعة الحالية لتطبيقات XRF]

[2] جانسينز، ك. (2020). "التطورات الحديثة في تقنيات التصوير الطيفي لتحليل اللوحات التاريخية". الفيزياء التطبيقية أ . 126 (2): 1-15 .

[3] مانتلر، م. (2022). التألق بالأشعة السينية في الفن وعلم الآثار . سبرينغر.

[4] سميث، أ. (2021). "تطورات في تقنية الأشعة السينية المحمولة للتحليل الميداني". مجلة الكيمياء التحليلية . 76 (4): 512-525 .

[5] جونسون، م. (2022). "التطورات الحديثة في مصادر الأشعة السينية المصغرة". وقائع المؤتمر الدولي للتقنيات التحليلية . ص 234-241 .

[6] تشين، هـ. (2023). "مصادر النظائر المشعة في الأجهزة التحليلية الحديثة: مراجعة السلامة والتطبيقات". فيزياء وكيمياء الإشعاع . 204 : 110-125 .

[7] غلوكر، ر.، وشرايبر، هـ، أنالين دير فيزيك. ، 85، (1928)، ص. 1089

[8] تومسون، أ. (2020). "تقنيات كاشفات الأشعة السينية الحديثة: مراجعة مقارنة". مجلة إشعاع السنكروترون . 27 : 1234-1247 .

[9] بيرغمان، يو. (2021). "مطيافية الأشعة السينية للعلوم الكيميائية والطاقة: حالة البروتينات المعدنية". مجلة نيتشر ريفيوز للكيمياء . 5 : 842-858 .

[10] لي، ن. (2020). "دراسة تأثيرات الربيطة في مركبات الحديد باستخدام مطيافية الأشعة السينية عالية الدقة". الكيمياء اللاعضوية . 59 (15): 10416-10426 .

[11] سميث، ب. (2022). "أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية المكتبية لتحليل الحالة الكيميائية". مراجعات الكيمياء التحليلية . 94 (3): 112-125 .

[12] جونز، ر. (2021). "مطيافية انبعاث الأشعة السينية المختبرية: أداة جديدة لدراسة البنية الإلكترونية". مجلة الفيزياء الكيميائية . 155 : 150901.

[13] تشين، و. (2023). "تطورات في مطيافية الأشعة السينية المكتبية لتوصيف المواد". مجلة المواد اليوم . 18 : 100-115 .

[14] ل. فينس (2005). "التصوير المجهري بالأشعة السينية البؤرية والتصوير المقطعي بالأشعة السينية لتحليل العناصر النزرة ثلاثي الأبعاد" . المجهر والتحليل المجهري . 11 : 682. doi : 10.1017/S1431927605503167 .

[15] أندرسون، ك. (2022). "ضمان الجودة ومراقبة الجودة في مطيافية التألق بالأشعة السينية المحمولة: الممارسات الحالية والاتجاهات الجديدة". مجلة Spectrochimica Acta الجزء ب . 188 : 106-120 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[

[

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗