Xrf 分析用のサンプルを準備するためのガイド

XRF(蛍光X線分析)

XRF 分光法は、材料の元素組成を特定するために使用される分析手法です。 XRF は、サンプルに X 線を照射し、その結果生じる蛍光放射の強度を測定することによって機能します。サンプル内の元素は X 線を吸収し、各元素に固有の特有のエネルギーで X 線を再放出します。放出された放射線の強度を測定することにより、サンプルの元素組成を決定することができます。

XRF 分析の利点は次のとおりです。

非破壊技術です
高速で広範囲の要素を分析できます
さまざまな形式のさまざまな種類のサンプルに使用できます

XRF は、幅広いアプリケーションに使用できる汎用性の高い技術です。これは、合金の品質管理のほか、ガソリン中の硫黄やプラスチックや電子機器中の重金属の分析によく使用されます。

XRF は、分光計に提示できるほぼすべての物質を分析できますが、サンプルを適切に準備するほど、分析結果がより正確になります。最良の結果を得るには、サンプルを微粉末に粉砕し、ペレットに圧縮する必要があります。 XRF は非常に繊細な技術であるため、小さな不純物でも結果に影響を与える可能性があります。

サンプル前処理は、あらゆる分析プロセスにおいて重要なステップであり、前処理方法の選択は常に、必要な結果の品質、費やす労力 (労働力、複雑さ)、およびコスト (サンプル前処理装置、労働力) のバランスを考慮して行われます。、分析までの時間）。サンプルの前処理にはさまざまな方法があり、特定の用途に最適な方法はサンプルの性質と望ましい結果によって異なります。最新の分析技術を使用すると、非常に複雑なサンプルでも比較的簡単に調製でき、結果は非常に正確になります。

XRF サンプル前処理方法の選択方法

たとえば、固体金属サンプルの分析には、水溶液の分析とは異なる方法を使用する必要がある場合があります。サンプル前処理方法は、サンプルの損失と汚染を最小限に抑えながら、分析用の代表的なサンプルを提供できるように選択する必要があります。選択する XRF サンプル前処理方法は、分析する材料と分析の要件によって異なります。たとえば、固体金属サンプルの分析には、水溶液の分析とは異なる方法を使用する必要がある場合があります。サンプル前処理方法は、分析用の代表的なサンプルを提供しながら、サンプルの損失と汚染を最小限に抑えるように選択する必要があります。

ほとんどのアプリケーションでは、分析前に何らかの形式のサンプル前処理が必要です。適切な方法の選択は、分析物の種類、検出方法の感度、サンプルマトリックスの性質などの多くの要因によって異なります。

固体サンプル

粉末と同様に、固体には、未処理の金属片から切断され研磨されたサンプルまで、あらゆるものが含まれます。ただし、ほとんどの固体はこれら 2 つの極端な中間にあり、何らかの表面処理が施されています。固体は、純粋な物質、または分子引力によって結合された 2 つ以上の元素または化合物の混合物のいずれかです。

XRF を使用してサンプルの元素組成を測定する場合、サンプルの表面が完全に平坦であることが重要です。サンプルの表面が凹凸があると、サンプルから X 線源までの距離が変化し、測定に誤差が生じる可能性があります。表面が平らであると、サンプルと X 線源の間の距離が一定になり、より正確な結果が得られます。

XRF システムは、固定されたサンプルから線源までの距離に基づいて校正されます。これは、サンプルと線源の間の距離が増加すると、サンプル内のいずれかの元素からの X 線の強度が減少することを意味します。同様に、距離が減少すると、強度は増加します。このため、XRF システムで測定を行う際には、サンプルと線源の距離を一定に保つことが重要です。

金属合金などの固体サンプルは、サンプルの前処理なしで分析できます。これは非破壊検査と呼ばれ、材料の組成を決定するために使用できます。あるいは、サンプルを切断して研磨して、より定量的な分析を行うこともできます。これは破壊試験であり、材料の特性に関する詳細情報が得られます。

表面仕上げは表面の粗さを指すこともありますが、その表面の汚染の程度を指すこともあります。サンプルが平坦でない場合、表面仕上げによって要素が「歪んだ」、または表面全体に均一に分布していないことが分析に影響を与える可能性があります。このような理由から、表面仕上げに注意し、それが結果に悪影響を及ぼさないように対策を講じることが重要です。

表面が粗いと、エネルギー依存の散乱や長波長元素の再吸収が発生する可能性があります。これにより、ニッケルなどの元素からの信号には影響を与えませんが、炭素や硫黄などの元素からの信号が減少する可能性があります。

固体サンプルの定量分析では、多くの場合、旋盤や研磨紙で表面を仕上げる必要があります。仕上げが細かいほど、最も軽い要素の結果が良くなります。たとえば、特定の要素の非常に小さな痕跡を探している場合、正確な結果を得るには非常に滑らかな表面が必要になります。

機器を校正するときは、テスト対象の範囲全体をカバーするさまざまな標準を使用して校正する必要があることを覚えておくことが重要です。これは、測定の精度と精度を確保するのに役立ちます。さらに、選択したサンプル前処理が、校正標準や未知のサンプルを含むすべてのサンプルに一貫して適用されていることを確認することが重要です。これらの予防措置を講じることで、テストの結果に自信を持っていただけます。

液体XRFサンプル

液体 XRF サンプルは、ルースパウダーサンプルと同じ方法でプラスチックサンプルカップに注ぐことによって調製されます。

液体サンプルを分析するためのオプションは限られており、主なコツは、強度、透過能力、および汚染のバランスが得られる適切な支持フィルムを選択することです。

マイラーは、燃料や潤滑油中の硫黄の分析によく使用される優れた汎用フィルムです。

ポリプロピレンはマイラーよりも透過率が優れていますが、引張強度はマイラーほど高くありません。カプトンは「防爆」フィルムと考えられていますが、軽い元素に対する信号が大幅に減衰し、強塩基性溶液の影響を受けやすくなります。

液体を分析する場合は、分析目的に最適なサポートフィルムを選択するために少し調べる必要があります。サポートフィルムは分析の基礎であり、液体の重量を支えるのに十分な強度が必要です。市場にはさまざまな種類のサポートフィルムがあり、ニーズに最も適したものを選択する必要があります。

ルースパウダー XRF サンプル

ルースパウダーのサンプルを分析するには、サンプルをプラスチックの支持フィルムが付いたプラスチックのサンプルカップに入れる必要があります。これにより、サンプルが X 線ビーム上で確実に支持され、サンプルの表面が平坦になります。こうすることで、より正確なX線解析が可能となります。

サンプルが細かく粉砕されるほど、均一になる可能性が高くなります。分析から正確な結果を得るには、均質なサンプルを用意することが重要です。サンプル内の空隙スペースが限られているということは、結果がより正確になることも意味します。

正確な XRF 測定値を取得するには、X 線が完全に透過できるように十分な粉末を使用することが重要です。これにより、サンプル内の何かによって測定値が妨げられないことが保証されます。ほとんどの材料では、15g の粉末で十分な厚みを得ることができます。

高出力 WDXRF 機器で金属粉末を分析する場合、サンプルが溶けたり、研磨粉が機器内にこぼれたりしないように特別な注意を払うことが重要です。分析中にサンプルが加熱される可能性があるため、注意深く監視することが重要です。サンプルが溶けた場合は、損傷を避けるためにすぐに機器から取り外してください。

プレスされた XRF サンプルペレット

粉末をペレットにプレスすることは、ルースパウダーをサンプルカップに注ぐよりも厳密なサンプル前処理です。ただし、結果はより正確になるため、努力する価値はあります。ペレットのサイズと形状がより均一になり、より一貫した結果が得られます。さらに、ペレットプレスにより粉末が均一に分散されるため、偏りのリスクが最小限に抑えられます。

このプロセスには、サンプルを微粉末に粉砕し、理想的には粒径 <75um に粉砕し、それを結合/粉砕助剤と混合し、混合物をダイ内で 20 ～ 30 T でプレスして均質なサンプルペレットを生成することが含まれます。

結合助剤または粉砕助剤は通常、セルロースワックスの混合物であり、20 ～ 30 重量パーセントの割合で使用されます。

プレストパウダーの大きな利点は、ルースパウダーよりも優れた分析結果が得られることです。粉砕と圧縮により、空隙がなく、サンプルの希釈がほとんどなく、サンプルがより均一に表現されます。これにより、ほとんどの元素の強度がルースパウダーよりも高くなります。

プレスされたペレットが十分に細かく粉砕されていない場合でも、粒子サイズの影響を受けやすくなります。しかし、このアプローチの最大の制限は、主要元素の分析に最も大きな影響を与える鉱物学的影響です。

圧縮ペレットは、ppm 範囲の元素の分析に優れています。これは、それらが非常に緻密であり、空隙や細孔がほとんどないためです。プレスペレットも比較的簡単で安価に製造できます。必要な設備は、粉砕機とXRF ペレットプレスだけです。

XRF 溶融ビーズ

溶融ビーズとして調製されたサンプルは、ほぼ完全に均質なサンプルが得られるため、XRF 分析用の固体を調製するための理想的な方法と考えられています。

溶融ビーズは、微粉末 (<75um) サンプルとフラックスを 5:1 ～ 10:1 のフラックス/サンプル比で混合し、白金るつぼ内で 900℃ ～ 1000℃ に加熱することによって作成されます。サンプルをフラックス (通常は四ホウ酸リチウムまたは四ホウ酸/メタホウ酸の混合物) に溶解し、平らな底の型に流し込みます。得られたガラスディスクまたは溶融ビーズは、鉱物構造を含まないサンプルの均質な表現です。

XRF 溶融ビーズ手法の利点は、鉱物学的またはマトリックスの影響が軽減され、より正確な分析が可能になることです。この方法には、いくつかの異なるマトリックスタイプを同じ検量線に組み合わせる機能もあります。これらの利点により、サンプルの組成をより完全に理解することができます。場合によっては、XRF 溶融ビーズ手法を使用して、非常に低濃度の元素を測定することもできます。

XRF 分析用の溶融ビーズとして調製されたサンプルの使用には、プレス粉末ペレットなどの従来のサンプル調製技術に比べていくつかの欠点があります。一般に、ペレット化はより迅速かつ簡単なプロセスであり、簡単に自動化できます。欠点としては、微量元素の分析に悪影響を与える比較的高いサンプル希釈と、このタイプのサンプル前処理 (融合装置、白金るつぼ、消耗品) に関連するコストの高さが挙げられます。

XRF 分析用の融合ビーズの厚さは通常、わずか 3 mm です。これにより、重い要素を適切に分析できなくなるため、問題が発生する可能性があります。

XRF 融合ビーズは通常、白金製品と融合装置の間でより高い初期コストを必要としますが、プレスペレットと同様のサンプルあたりのコストがかかります。ただし、融合ビーズの XRF 分析では、ビーズの均一性によりマトリックス効果が少なくなるため、プレスペレットよりも検出限界が低くなる可能性があります。

結論

XRF 分析用にサンプルを準備するにはさまざまな方法があります。選択する方法は、サンプルの種類、費やす努力の量、および必要な結果の品質のバランスによって決まります。たとえば、固体サンプルには単純な破砕および粉砕方法を使用でき、液体またはスラリーサンプルには液体ベースの方法を使用できます。方法の選択は、結果を得るまでにかかる時間と分析のコストにも影響します。

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