Tin Khoa học - Công nghệ trong nước

Nghiên cứu chế tạo và phát triển ứng dụng phổ kế huỳnh quang tia X tại Việt Nam

.

Phổ kế huỳnh quang tia X được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới để phân tích định tính cũng như định lượng thành phần nguyên tố của vật liệu mà không phụ thuộc vào liên kết hoá học của chúng. Ưu điểm nổi bật của phổ kế huỳnh quang tia X là phân tích nhanh đồng thời nhiều nguyên tố, không phá huỷ mẫu và mẫu có thể ở nhiều dạng khác nhau như thể rắn, lỏng, khí. Cuối năm 1989 TS. Lê Quang Huy cùng các đồng nghiệp thuộc Viện Khoa học Vật liệu đã nghiên cứu chế tạo thành công máy phổ kế huỳnh quang tia X đầu tiên ở Việt Nam. Sau thành công này, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu cải tiến sản phẩm và phát triển ứng dụng tại nhiều tỉnh, thành phố ở Việt Nam và đạt được nhiều kết quả khả quan.

Hiện nay, có hai loại phổ kế huỳnh quang tia X (PKHQTX). Các nhà khoa học Viện Khoa học Vật liệu đã nghiên cứu và chế tạo loại PKHQTX phân tách các tia X theo năng lượng (X-ray Energy Dispersive Spectrometer – EDS). Một loại nữa là PKHQTX phân tách các tia X bằng bước sóng (X-ray Wavelength Dispersive Spectrometer – WDS).

Nguyên lý cấu tạo của loại phổ kế kiểu EDS thường gồm 3 thành phần chính:
- Nguồn kích thích mẫu: là nguồn đồng vị phóng xạ hoặc đèn phát tia X công suất nhỏ.
- Bộ phận thu tia X mà thông thường là các đêtectơ bán dẫn hoặc ống đếm tỉ lệ.
- Các bộ phận điện tử thích hợp cùng phần mềm ghi và xử lý phổ, tính toán hàm lượng.

Loại PKHQTX sử dụng nguồn đồng vị phóng xạ để kích thích mẫu

Loại phổ kế này có cấu hình đơn giản, gọn và dễ thao tác, sử dụng vì nguồn kích thích mẫu là đồng vị phóng xạ có kích thước nhỏ (đường kính nguồn ≤ 10mm) và nếu bảo quản tốt thì thời gian sử dụng nguồn có thể đến 50 năm.

Trong quá trình nghiên cứu phát triển, các nhà khoa học Viện Khoa học Vật liệu đã chế tạo được hai loại phổ kế kiểu này và chúng đã được đưa vào ứng dụng tại các doanh nghiệp trên cả nước. Cụ thể, năm 1989 là hệ máy sử dụng đêtectơ Si(Li) làm lạnh bằng nitơ lỏng. Tiếp theo là hệ máy sử dụng đầu thu tia X chỉ cần làm lạnh bằng pin nhiệt điện đưa vào ứng dụng cuối năm 2006.


Hình trái: Hệ phổ kế thế hệ mới có đầu thu tia X làm lạnh bằng pin nhiệt điện và kích mẫu bằng nguồn đồng vị phóng xạ, model đầu tiên XRF2500-12N
Hình phải: Model mới nhất XRF2500-12LC với nhiều tính năng kĩ thuật được cải tiến và sử dụng tiện lợi hơn XRF2500-12N

Nhờ các ưu điểm vượt trội so với hệ máy phải dùng nitơ lỏng mà trong vòng ba năm qua, các nhà khoa học Viện Khoa học Vật liệu đã cung cấp cho thị trường được 35 hệ máy loại sử dụng đầu thu tia X chỉ cần làm lạnh bằng pin nhiệt điện (gần gấp hai lần số máy đã chế tạo được trong 15 năm trước đó). Hiện có khoảng 50 hệ máy đã được lắp đặt và đang hoạt động tại 15 tỉnh, thành phố.

Ứng dụng chủ yếu hiện tại là lĩnh vực chế tác và kinh doanh đồ trang sức làm bằng vàng, bạc, bạch kim. Với các qui trình phân tích ngày càng hoàn thiện, các hệ máy này đạt độ chính xác từ 0,1 ÷ 0,5% đối với sản phẩm vàng ta (chỉ gồm: Au và Ag), 0,3 ÷ 1,5% đối với sản phẩm vàng tây, bạch kim (gồm: Au, Pt, Ag, Ni, Cu, Zn, Sn và Pd), 1 ÷ 2% đối với các sản phẩm chế tác từ bạc hay hội vàng.

Loại PKHQTX dùng đèn tia X để kích thích mẫu

Loại PKHQTX dùng nguồn đồng vị phóng xạ để kích mẫu tuy có ưu điểm là gọn nhẹ, dễ sử dụng, đơn giản, nhưng các nguồn phóng xạ nói chung chỉ phát ra photon đơn năng nên mỗi nguồn phóng xạ chỉ thích hợp để phân tích cho một số nguyên tố nhất định. Để khắc phục nhược điểm trên, đèn phát tia X được thay thế các nguồn phóng xạ này.

Hệ máy sử dụng đèn phát tia X công suất nhỏ làm nguồn kích mẫu và đêtectơ Si(Li) làm lạnh bằng nitơ lỏng model EDS-XT99 đã được nghiên cứu chế tạo và đưa vào hoạt động từ năm 2000. Năm 2010, hệ máy có cấu hình tương tự, model XRF5006-HQ02, sử dụng đầu thu tia X làm lạnh bằng điện đã được chế tạo và đưa vào thử nghiệm tiện dụng hơn nhiều so với hệ máy EDS-XT99 trước đây.


Hệ phổ kế huỳnh quang tia X sử dụng đầu thu tia X làm lạnh bằng điện và nguồn kích thích mẫu bằng đèn phát tia X, model XRF5006-HQ02

Các hệ máy có nguồn kích mẫu bằng đèn tia X có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như: nghiên cứu khoa học, bảo vệ môi trường, khảo cổ học, nông nghiệp, sản xuất kim loại màu, … và đặc biệt là cho các doanh nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản. Trên hệ máy mới XRF5006-HQ02, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích mẫu cho một số doanh nghiệp khai thác chế biến khoáng sản ở Quảng Ngãi, Bình Thuận, Hà Giang, Thái Nguyên, Quảng Ninh, Thanh Hoá, … và đã thu hút được sự quan tâm chú ý của các Doanh nghiệp về thiết bị phân tích này.

Nguồn tin: Viện Khoa học Vật Liệu
Xử lý tin: Minh Tâm

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".