Trang 1
1.1.1
………… o0o…………

Tiểu luận
Ứng dụng phương pháp
huỳnh quang tia X trong
khoa học và kỹ thuật
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 2
Mục Lục
Mục Lục 2
Chương 2. Lý Thuyết Phát Xạ Huỳnh Quang Tia X 2
Chương 3. Các Ứng Dụng Của Phương Pháp Huỳnh 5
Tài Liệu Tham Khảo 27
Chương 2. Lý Thuyết Phát Xạ Huỳnh Quang Tia X
2.1 Cơ Chế Phát Xạ Huỳnh Quang Tia X
Khi một nguồn kích thích tia X sơ cấp từ một ống tia X hoặc từ nguồn đồng vị
phóng xạ chiếu vào mẫu, tia X có thể được hấp thụ bởi các nguyên tử hay phân tán
thông qua vật liệu. Quá trình trong đó một tia X được hấp thụ bởi các nguyên tử
bằng cách chuyển toàn bộ năng lượng của nó cho một electron trong cùng được gọi
là " hiệu ứng quang điện ". Khi electron ở các lớp K, L, M…. thoát ra ngoài, nguyên
tử ở trạng thái kích thích và các lỗ trống được lấp đầy bởi sự dịch chuyển electron ở
các lớp ngoài có mức năng lượng lớn hơn, mỗi sự chuyển mức đều có năng lượng
kèm theo và năng lượng này được sử dụng theo một trong hai cách:
 Dùng cho photon tia X – nghĩa là bức xạ huỳnh quang tia X
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Quang electron
Bức xạ phát ra từ
ống tia X hoặc
nguồn đồng vị

Trang 5
Chương 3. Các Ứng Dụng Của Phương Pháp Huỳnh
Quang Tia X
3.1 Ứng Dụng Trong Xác Định Nguy Hại Và Nguyên Tố Vi Lượng Thiết
Yếu Trong Môi Trường Và Vật Liệu Sinh Học
3.1.1 Giới thiệu
Sự ô nhiêm môi trường do thiên nhiên hoặc do hoạt động của con người gây
ra, kết quả làm ô nhiễm bầu khí quyển, nước, đất…Do đó để nghiên cứu sự ô nhiễm
môi trường, cần tiếp cận một cách toàn diện, một loạt các mẫu đại diện cần phải
được phân tích đầy đủ trong phạm vi rộng các thông số. Điều này sẽ bao gồm việc
đo lường số lượng lớn các mẫu có bản chất khác nhau. Thông tin đầy đủ thu được
từ việc kiểm tra cấp độ ô nhiễm để theo dõi một cách toàn diện các đặc trưng của
chất gây ô nhiễm, thông tin sẽ cho biết các con đường gây ô nhiễm và phục vụ cho
việc quản lí, kiểm soát chúng. Từ những lí do trên, các yêu cầu đặt ra là phải phân
tích nhanh, không phá hủy mẫu và phân tích đồng thời nhiều nguyên tố. Phổ huỳnh
quang tia X phân tán năng lượng ( EDXRF) và kĩ thuật liên quan đáp ứng nhu cầu
này. Trong 20 năm qua máy EDXRF đã được phát triển mạnh mẽ. Gần đây, sự tiến
bộ trong detector sử dụng chất bán dẫn, trong xử lí tín hiệu số và trong hệ thống
máy tính điều khiển dữ liệu đã mở rộng ứng dụng của kĩ thuật này với chi phí thấp,
xác định nhanh nồng độ các nguyên tố trong mẫu. Lợi thế chính của kĩ thuật
EDXRF hơn các phương pháp khác là nó có khả năng phân tích được nhiều nguyên
tố, phương pháp chuẩn bị mẫu dễ dàng và phát hiện tốt giới hạn các nguyên tố. Một
lợi thế khác là chi phí bảo trì thấp cho phép EDXRF được sử dụng rộng rãi trong
các phòng thí nghiệm trên thế giới. Các bộ phận của EDXRF có sẵn trên thị trường,
các phòng thí nghiệm phổ kế tia X có thể lắp đặt dễ dàng và độc lập. IAEA thông
qua các dự án hợp tác để hỗ trợ các phòng thí nghiệm XRF, cung cấp phần mềm
phân tích và giúp đỡ bảo trì trang thiết bị. Cơ quan này cũng tham gia đào tạo đội
ngũ nhân viên chuyên nghiệp. Để hỗ trợ các hoạt động IAEA đã thành lập một
phòng thí nghiệm XRF tại Seibersdorf, Úc.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật

viên nén, hạt được gửi trên bộ lọc polycarbonate ( EDXRF), chất lỏng - sau khi hòa
tan trong hệ thống lò vi sóng axit hòa tan ( TXRF) hoặc lọc hạt được gửi sau một
chu trình trước cô đặc hóa học ( EDXRF và TXRF), bột lỏng ( PXRF), hạt riêng lẻ
được gửi trên lá Mylar ( μXRF) và mẫu phút gắn kết những hạt riêng lẻ (μCT). Cấu
tạo của các phổ kế và điều kiện đo lường được mô tả dưới đây
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 7
3.1.2.a Phổ kế EDXRF với bia thứ cấp
Hai quang phổ kế được sử dụng. Hệ thống thứ nhất là một bộ máy thương mại
bao gồm một cực dương bằng Pd, ống tia X (300W), năm bia thứ cấp (
2 3
, , ,Al O Co Mo Pd
, nhiệt phân than chì định hướng cao (HOPG)), một detector Si(Li)
( FWHM =150eV / 5.9keV, vùng kích hoạt 20mm
2
, cửa sổ Be 8μm ) . Việc đo
lường được thực hiện trong chân không, thời gian phân tích mỗi mẫu là 1800s
( bao gồm thời gian đo với tất cả năm bia) và ống HV được cài đặt tùy thuộc vào
bia thứ cấp, là một trong các thông số sau: 52,5kV/Al
2
O
3
, 30kV/Co , 30kV/Mo ,
44kV/Pd và 15kV/HOPG. Phân tích được điều khiển bởi hệ thống máy tính thu thập
dữ liệu. Các mẫu phân tích được chuẩn bị ở dạng viên nén với đường kính bằng 32
mm. Sự phân tích định lượng được sử dụng trong quang phổ kế thương mại dựa
trên cách tiếp cận thông số tán xạ cơ bản. Với mục đích phân tích trực tiếp không
khí hạt nhân ngưng tụ trên bộ lọc polycarbonate , hệ thống thứ hai là quang phổ kế
EDXRF sec.target đã được sử dụng. Quang phổ kế này bao gồm cực dương là Mo,
ống tia X (3000W), bia thứ cấp là Mo, một detector Si(Li) ( FWHM=170eV /

trong mặt đất.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 9
Phổ kế cầm tay dựa trên đồng vị phóng xạ được thiết kế và lắp ráp tại phòng
thí nghiệm IAEA
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Lá chắn
bằng chì
Nguồn Fe-56
hình vành khuyên
Hộp đựng nguồn có
thể quay
Khung đỡ detector và
bản tản nhiệt
Nguồn cung
cấp
Nguồn Cd-109 hình
vành khuyên
Hộp đựng mẫu
bằng nhựa
Hình 2: Phổ kế cầm tay XRF
Trang 10
3.1.2.d Quang phổ kế μXRF/μCT
Một quang phổ kế quét chùm vi mô bao gồm một ống tia X năng lượng cao
gắn với mao mạch quang học phát ra một chùm tia X chuẩn trực tốt. Các chùm tại
chỗ có kích thước đường chéo nhỏ, FWHM – như là đo lường trên bề mặt mẫu, thì
bằng khoảng 12μm. Các ống anode khác có thể dễ dàng cài đặt cho phép tối ưu hóa
điều kiện kích thích. Các mẫu được gắn phía trước chùm trên một giai đoạn cơ giới
hóa mẫu. Độ chính xác của vị trí mẫu vào khoảng 1-2μm. Hệ thống được trang bị
hai detector, detector Si(Li) ( FWHM = 160eV / 5.9keV, vùng kích hoạt 80mm

Hòa tan
( TXRF )
Mẫu sinh
học
Gạo Viên, không
có chất kết
dính
Xương
người
Đông khô
Mẫu môi
trường
Đất Trực tiếp, tại chỗ Bột Viên, có hoặc
không có chất
kết dính
Không
khí hạt
nhân
ngưng tụ
Trực tiếp trên bộ
lọc
Hòa tan
vào dung
dịch có
chứa
Cobalt
Đất bị
nhiễm
Uranium
Gửi trên lá

Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 13
3.1.4 Kết quả
3.1.4.a .Mẫu gạo
Trong hai mươi mẫu gạo, bao gồm 2 mẫu gạo thương mại, được phân tích bởi
EDXRF sec.target. Xác định được các nguyên tố: P, K, Ca, Mn, Fe, Zn, Br, Rb. Sự
thay đổi nồng độ các nguyên tố trong phân tích mẫu gạo được trình bày ở hình 3
Hình 3 : Sự thay đổi nồng độ các nguyên tố trong mẫu gạo
3.1.4.b Mẫu xương
Hệ μXRF được sử dụng để quét hình ảnh 3D của mẫu xương người bị loãng
xương. Phổ kế μCT đã quét được hình ảnh 3D trình bày ở hình 4
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Dãy nồng độ ( g.g
-1
)
Nguyên tố
Trang 14
Hình 4: Hình ảnh mẫu xương người bị bệnh loãng xương được quét bởi μCT.
3.1.4.c Mẫu môi trường
Phổ kế EDXRF thương mại cũng được sử dụng để xác định sự có mặt của các
nguyên tố trong đất, biển và trầm tích. Nồng độ của nhóm nguyên tố được xác định
là: Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Br, Rb, Sr, Y,
Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Cs, I, Ba, La, Ce, Pb, Th, U. Mẫu môi trường được phân tích
bằng phổ kế EDXRF. Mối tương quan giữa nồng độ xác định và nồng độ cho được
trình bày ở hình 5. Kết quả trình bày ở hình 5 thu được từ việc đo các mẫu IAEA-
Soil-7, CERAMIC-1 SARM 69 và mẫu Penrhyn Slate.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 15
Hình 5: Sự tương quan giữa nồng độ xác định và nồng độ cho của các nguyên tố
dựa trên sự đo ba mẫu IAEA-Soil-7, CERAMIC-1 SARM 69 , Penrhyn Slate.

Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 18
Hình 9: Phổ huỳnh quang tia X của các loại hạt được nhận biết trong mẫu đất
ô nhiễm Uranium
3.2 Ứng Dụng S2 Picofox Phân Tích Dấu Vết Nguyên Tố, Xác Định Tính
Xác Thực Và Kiểm Tra Độ Tinh Khiết Của Các Mẫu Dược Phẩm
3.2.1 Giới thiệu
Sự mô tả đặc điểm của những nhãn hiệu thuốc có tên thương mại và không có
tên thương mại là một nhiệm vụ cần thiết trong phân tích dược phẩm. Một vài kĩ
thuật phân tích thì thích hợp cho việc xác định sự phân bố kích thước hạt, hình thái
học và trạng thái phân bố. Đến nay, việc xác định thành phần hóa học của thuốc đã
không đạt được sự thỏa đáng do các yêu cầu chuẩn bị mẫu. Ngoài ra, thành phần
các nguyên tố của nguyên liệu thô và sản phẩm cuối cùng phải được phân tích
thường xuyên để tuân theo nội quy định.
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Cường độ
Năng lượng ( KeV)
Trang 19
Ứng dụng của kĩ thuật huỳnh quang tia X (XRF) thông thường cho những
nhiệm vụ phân tích thì bị hạn chế do đòi hỏi cao về độ nhạy, trong nhiều trường hợp
số lượng mẫu nhỏ sẵn có và thiếu tiêu chuẩn định cỡ thích hợp. Sử dụng các
phương pháp khác để phân tích dấu vết nguyên tố giống như quang phổ hấp thụ
nguyên tử (AAS) hoặc quy nạp- cùng với plasma phát xạ quang phổ (ICP-OES) thì
thường bị giới hạn bởi số lượng mẫu, sự cần thiết cho việc hòa tan mẫu và những
hỗn hợp liên quan thì gặp khó khăn.
Với phổ tổng phản xạ huỳnh quang tia X (TXRF), số lượng mẫu dùng nhỏ hơn
milligram có thể được phân tích để theo dõi sự phân bố nguyên tố. Đó là phương
pháp dựa trên các nội tiêu chuẩn. Hơn nữa, phổ kế TXRF S2 PICOFOX không đòi
hỏi sự phá hủy mẫu, khí hoặc phương tiện làm lạnh.
Trong phần này áp dụng quang phổ TXRF để phân tích tính xác thực của các

bên trong. Vì mục đích này, bùn than cũng được chuẩn bị giống như trong phân tích
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Hình 10: Hình ảnh về Acetylsalicylic acid ( ASA) và
các thiết bị sử dụng
Trang 21
định tính. Như là một nội tiêu chuẩn khoảng 30 ml của 100mg /l dung dịch Se đã
được thêm vào.
Sau khi đồng nhất, 10μl bùn than được chiết suất bằng pi-pét lên trên mẫu
kính thạch anh , mẫu được sấy khô trong bình khử ẩm và đo ở cùng điều kiện với
mẫu định tính.
Đối với kiểm tra ô nhiễm, khoảng 60mg NaCl (p.A, As <0,4 mg/Kg) đã được
hòa tan trong 1ml nước siêu tinh khiết và trộn với dung dịch As để đạt được nồng
độ cuối cùng trong khoảng từ 0 đến 4mg/Kg.
Hình 11: Phổ TXRF điển hình của ba loại thuốc ASA khác nhau:
Aspirin Bayer (màu xanh lá cây), Apirin Hexal (màu xanh da trời) và ASA
(màu đỏ), “không tên”
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Trang 22
Bảng 3: Nồng độ các nguyên tố trong thuốc Aspirin
Hình 12: Sơ đồ phân tích tương ứng về thành phần nguyên tố của 5 loại thuốc
Aspirin khác nhau
3.2.4 Kết quả
3.2.4.a Kiểm tra tính xác thực của ASA
Hình 11 cho thấy quang phổ của các mẫu ASA khác nhau. P, Ni, Cu và Sr có
mặt trong Aspirin “ không tên” ; V, Cr, As và Se có mặt trong mẫu Hexal. Các
nguyên tố như Cl, K, Ca, Fe, Zn và Pb cho thấy sự khác biệt lớn trên tất cả 5 loại
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Tất cả các giá trị trong mg/kg
Trang 23
thuốc. Như một số nguyên tố đại diện (Cl, Zn, Pb) khác nhau trong nồng độ được

4 0.054
Trung bình 0.069
Bảng 5:Giới hạn phát hiện của As trong NaCl
3.2.5 Kết luận
Sự khác biệt trong thành phần nguyên tố, đặc biệt là P, S, Cl, Ca, Fe, Zn, Sr,
Pb của năm loại thuốc aspirin khác nhau được xác định chính xác bằng phổ kế S2
PICOFOX TXRF.
Kết quả là tính xác thực của thuốc thử nghiệm đã được biểu diễn bằng một đồ
thị phân tích tương ứng. Phép phân tích định lượng cung cấp thông tin có giá trị, có
thể dẫn đến một sự xác định rõ ràng của các nhãn hiệu sản phẩm.
Ngoài ra, S2 PICOFOX đã được chứng minh để kiểm tra độ tinh khiết của
nguyên liệu, chất rắn hóa học. Nó thường được dùng trong sản xuất những dược
Ứng Dụng Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X Trong Khoa Học Và Kĩ Thuật
Nồng độ của As trộn vào ( mg/kg)
Nồng độ As trong NaCl ( mg/kg)
Trang 25
phẩm. Sự nhiễm As của NaCl được đo một cách chính xác bằng cách phát hiện giới
xuống đến 70 ± 14ppb. Lợi ích cụ thể của TXRF để phân tích các dược phẩm so với
những phương pháp phân tích khác là:
+ Lượng mẫu cần thiết là cực kỳ thấp (dưới mg )
+ Việc chuẩn bị mẫu là nhanh chóng và đơn giản cho những ứng dụng thông
thường + Dụng cụ định cỡ và việc sử dụng định cỡ tiêu chuẩn là không cần thiết
+ Tất cả các nguyên tố có thể phát hiện được phân tích cùng một lúc
3.3 Một Số Ứng Dụng Khác
3.3.1 Trong phân tích hình ảnh
Phổ kế μXRF phân tích hình ảnh của một bản viết tay cổ đại Nepal đã xác
định được bột màu bao gồm: đỏ son (HgS), diachlon (Pb
3
O
4