فلورية الأشعة السينية XRF
المبادئ الأساسية لفلورية الأشعة السينية
الفلورية Fluorescence ظاهرة فحواها
انبعاث ضوء من المادة عند سقوط ضوء أخر ذي طاقة عليا عليها، كما يحدث مع عنصر
الفلور؛ ولذلك اشتقت اسم الظاهرة منه. وتنتهي عملية الفلورية بمجرد توقف سقوط
الضوء الخارجي. مع العلم أن هذه الظاهرة لا تؤثر في خصائص المادة أو تتلفها.
تقنية فلورية الأشعة السينية XRF
تعتمد على مبادئ أساسية مشتركة بين تقنيات عدة مفيدة، تتضمن التفاعل بين الحزم
الإلكترونية وبين الأشعة السينية مع العينات. كما تعتمد هذه التقنية على تفاعل
الأشعة السينية مع إلكترونات ذرات العينة، وتستخدم في تحديد تركيز العناصر
الكيميائية المكونة للعينة، سواء أكانت ذات تركيز عالي (العناصر الرئيسية) أم ذات
تركيز منخفض ( العناصر النادرة)
يؤدي سقوط أشعة سينية ذات طاقة عالية؛ تتراوح بين 50
إلى 60 كيلو إلكترون فولت على المادة، إلى تأين بعض الذرات؛ وذلك بطرد بعض
إلكتروناتها. فإذا كانت طاقة الإشعاع كافية الطرد إلكترون داخلي مرتبط بإحكام داخل
الذرة مع النواة الذرية، فإن الذرة تصبح غير مستقرة، ثم يهبط أحد الإلكترونات
البعيدة عن النواة الذرية تجاه النواة؛ ليحل محل الإلكترون الداخلي المفقود.
وأثناء ذلك تتحرر الطاقة الزائدة عن طاقة هذا الإلكترون في المدار الجديد القريب
من النواة في شكل أشعة. والأشعة المنبعثة تتمثل بموجات كهرومغناطيسية ذات طاقة
منخفضة، وهي أقل من طاقة الأشعة السينية الابتدائية الساقطة على المادة، وتسمى
الأشعة الفلورية. وتكون طاقة فوتونات الأشعة المنبعثة ذات قيم محددة مميزة لكل
عنصر على إثر الانتقال بين مدارات محددة للإلكترون في العنصر، ومن ثم يمكن استخدام
فلورية الأشعة السينية الناتجة في الكشف عن نسبة وفرة العناصر الموجودة في العينة.
تطبيقات تقنية فلورية الأشعة السينية
·
تستخدم فلورية
الأشعة السينية في طائفة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
·
البحث في علم
الصخور النارية والرسوبية والمتحولة.
·
عمليات مسح تربة
الأراضي؛ للتعرف على العناصر الكيميائية التي تكونها .
·
التعدين والمناجم،
مثل: قياس نسبة وجود عناصر معينة في عينات المادة الخام.
·
إنتاج الأسمنت،
مثل: التأكد من النسب بين مكوناته.
·
صناعة الخزف
والزجاج.
·
علم المعادن، مثل:
مراقبة الجودة، وغير ذلك.
·
الدراسات البيئية،
مثل: تحليل الجسيمات العالقة في مرشحات الهواء، ونحو ذلك.
·
صناعة البترول،
مثل: معرفة نسبة الكبريت في النفط الخام والمنتجات النفطية،
·
ونحو ذلك.
·
التحليل الميداني
في الدراسات الجيولوجية والبيئية باستخدام أجهزة التحليل الطيفي XRF
المحمولة باليد.
·
الدراسات
البيولوجية والطبية؛ للتعرف على نسب العناصر الرئيسية والنادرة في العينات
البيولوجية، مثل: أنسجة الأورام الحميدة والخبيثة، ونحو ذلك.
فلورية الأشعة السينية مناسبة تماما للفحوصات التالية :
1.
التحليلات
الكيميائية للعناصر الرئيسية، مثل: السيليكون، والتيتانيوم، والألومونيوم، والحديد،
والمنجنيز، والمغنيسيوم، والكالسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والفوسفور.
2.
التحليلات
الكيميائية للعناصر النادرة ذات التركيزات التي تصل إلى جزء واحد في المليون، مثل:
الباريوم، والسيريوم، والكوبالت، والكروم، والنحاس، والجاليوم، واللنثانيوم،
والنيوبيوم، والنيكل، والروبيديوم، والسكانديوم، والسترونشيوم، والروديوم،
واليورانيوم، والفاناديوم، واليوتيريوم، والزركونيوم، والزنك.
تقتصر تقنية فلورية الأشعة السينية على تحليل :
·
العينات الكبيرة
التي تزيد عادة عن نصف جرام.
·
المواد التي يمكن
تحضيرها في شكل مسحوق متجانس تماما.
·
المواد التي
تشبهها من حيث التركيب مواد متاحة تتميز بمعايير جيدة، وتستخدم كعينات قياسية،
وتكون على هيئة مسحوق من عناصر محددة معروفة التركيز، حيث تستخدم في مقارنة الطيف
الصادر عنها بأطياف العينات محل الدراسة.
نقاط القوة والضعف لتقنية فلورية الأشعة السينية.
تتضح قوة تقنية فلورية الأشعة السينية في الكشف عن عدد
كبير جدا من العناصر، سواء أكانت ذات الوفرة الكبيرة أم العناصر النادرة، كما كر
سابقا. وعلى الرغم من ذلك فليست مثالية لكل الحالات، حيث:
·
لا تستطيع معظم
الأجهزة المتاحة تجاريا، من الناحية العملية، قياس تركيز كل العناصر الواردة
بالجدول الدوري قبل عنصر الصوديوم (ذات العدد الذري أقل من 11). وهي التي تكون
معظم المواد الطبيعية في الأرض والكائنات الحية.
·
لا يمكن أن يميز
تحليل فلورية الأشعة السينية الاختلافات بين نظائر العنصر الواحد، أو أيونات
العنصر نفسه؛ ولذلك تستخدم تقنيات أخرى، مثل: تحليل طيف موس باور للتعرف على
والتمييز بين تلك النظائر أو الأيونات.
المصادر
1. N. M.
Winch, A. Edgar, X-ray imaging using a consumer-grade digital camera,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 654 (2011) pages
308–313.
2. K. L. Mcaughey. et. al., Ultrasonic Thickness Measurements of
Sub millimetre Thickness Sheets, 18th World Conference on
Nondestructive Testing, 16-20 April (2012), Durban, South Africa.
3. J.Y. Kim, et. al., Thickness measurement of organic films
using Compton scattering of characteristic
X-rays, Applied Radiation and Isotopes, Vol. 69 (2011) pages 1241–1245.
4. R. M. Atanasio, R. A. Williams, X. Jia, Combining X-ray microtomography with computer simulation for analysis of
granular and porous materials, Particuology, Vol. 8 (2010) pages 81–99.
5. I. S. Arvanitoyannis, Irradiation of Food Commodities, Ch. 17:
Consumer Behavior toward Irradiated Food, Elsevier and Academic
Press (2010) pages 673-698.
6. J. H. Behrens, et. al., Brazilian consumer views on food
irradiation, Innovative Food Science and
Emerging Technologies, Vol. 10 (2009) pages 383–389.
7. I. S.
Arvanitoyannis, Irradiation of Food Commodities, Ch. 1: Legislation on Food Irradiation: European Union, United States,
Canada, and Australia, Elsevier and Academic Press ( 2010) pages 3-20.
8. S. R. Moosekian, et. al., X-Ray Irradiation as a Microbial
Intervention Strategy for Food, Annual Review of
Food Science and Technology, Vol. 3 (2012) pages 493-510.
9. A. Sharma, P. Madhusoodanan, Techno-commercial aspects of food irradiation in India, Radiation Physics and Chemistry,
Vol. 81 (2012) pages 1208–1210.
10. C. Shin, et. al., A preliminary approach
to identify irradiated foods by thermoluminescence
measurements, Journal of Luminescence, Vol. 132 (2012) pages 1619-1622.
11. M. S. Nielsen, et. al., X-ray dark-field
imaging for detection of foreign bodies in food, Food
Control, Vol. 30 (2013) pages 531-535.
تعليقات
إرسال تعليق