XRF analiz cihazları dünyada ve ülkemizde en çok metal alaşım sektöründe kullanılan ancak maden ve cevher alanında, plastik malzemelerde ağır metal limit kontrollerinde, otokatalitik konvertörlerde değerli metal tespitlerinde ve kıymetli metal sektörü gibi bir çok farklı türde malzemenin hem nicel hem de nitel olarak kimyasal analizini yapmak için kullanılan analiz cihazlarıdır. XRF harflerinin açılımına bakıldığında ingilizce X-Ray Flouorescence yani X-Işını Floresansı kelimelerinin birleşimidir.
X-Işını Floresansı (XRF) Nedir?
XRF analiz cihazlarının çalışma prensibine girmeden önce, X-Işını Floresansı nedir ve nasıl oluşur sorularının cevaplanması gerekmektedir. Bundan sonra XRF olarak kısaltacağımız X-Işını Floresansını üretmek için öncelikle X-Işını kaynağına ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde X-Işını kaynağı olarak 2 farklı yöntem kullanılmaktadır:
- Radyoaktif Atom
- X-Işını Üreten Elektronik Düzenek
Bir numuneye X-Işını kaynağından X-Işını gönderildiğinde, numunede bulunan atomların yörüngelerinde bulunan bazı elektronların gelen X-Işınlarıyla atom yörüngesinden çıkarak serbest hale geldikleri görülmektedir. Atomlar, çekirdeklerine yakın elektronlarını kaybettiklerinde kararsız bir hale gelmektedirler. Bu nedenle iyonlaşan elektron tarafından boşaltılan yeri bir veya iki üst yörüngedeki elektronlar doldurmaktadır. Çekirdekten uzak yörüngelerde bulunan elektronların, çekirdeğe daha yakın yörüngedeki boşluğa geldiklerinde dışarıya bir enerji yayılmaktadır. Bu yayılan enerjiye X-Işını Floresansı (XRF) denmektedir. Her elementin kendine özgü birden fazla farklı enerjilere sahip XRF enerjileri bulunmaktadır.
Bir Elementteki Farklı XRF Enerjileri Nelerdir?
X-Işını kaynağı bir atomda farklı yörüngelerdeki elementleri yerinden koparmaktadır. XRF analiz cihazları genellikle K, L ve M yörüngelerinden gelen XRF enerjilerini analiz etmektedir. K, L ve M yörüngeleri sırasıyla 1, 2 ve 3. yörüngeleri işaret etmektedir. Nasıl bir atomun çekirdeğine yaklaşıldıkça enerji seviyesi artıyorsa, doğru orantılı şekilde çekirdeğe yakın yörüngedeki değişimlerde atom daha fazla XRF enerjisi yaymaktadır. Bu nedenle K alfa değeri, L alfa değerinden büyüktür. Benzer mantıkla L alfa değeri de, M alfa değerinden büyüktür. XRF analiz cihazları öncelikle K alfa ve K beta XRF enerji değerlerine göre element tespiti yapmaktadır. Niton XRF analiz cihazlarında olduğu gibi daha hassas ölçümler için XRF analiz cihazları L alfa, L beta, M alfa ve M beta XRF enerjilerini de kontrol edip hesaplamaktadır.
Taşınabilir XRF Analiz Cihazlarıyla Hangi Elementler Ölçülmektedir?
Taşınabilir XRF analiz cihazları, el tipi analiz cihazları oldukları için X-Işını tüp güçlerinde çeşitli limitlerin altında olmaları gerekmektedir. Bu nedenle periyodik tablo göz önüne alındığında taşınabilir XRF analiz cihazları 12. element magnezyumdan 92. element uranyuma kadarki elementlerin nitel ve nicel ölçümlerini yapabilmektedir. Atom numarası azaldıkça elementlerden çıkan XRF enerji değerleri küçüldüğü için taşınabilir XRF analiz cihazlarında düşük atom numaralı elementlerin ölçümleri daha zordur.
Gelişen dedektör teknolojisiyle birlikte ölçülebilen element sayısı ve bu elementlerin dedeksiyon limitleri de genişlemektedir.
Taşınabilir XRF Analiz Cihazları Nerelerde Kullanılır?
Taşınabilir XRF analiz cihazları, ilk defa Niton firması tarafından Amerika Birleşik Devletleri Boston şehrinde MIT (Massachusetts Institute of Technology) ile birlikte yapılan ArGe çalışması sonucunda üretilmiştir. XRF teknolojisinin öncesinde masaüstü ve sabit cihazlarda kullanıldıkları bilinmekteydi. Niton firması, boyalarda bulunan ve kullanımının belirli limitlerin altında tutulması gereken kurşun elementinin analiz edilmesi için taşınabilir XRF analiz cihazlarını dünyada ilk kez üretmiştir. XRF analiz yönteminde tek bir element ölçümüyle çoklu analiz ölçümlerinde donanımsal olarak ilave bir eklenti olmamasından dolayı, kısa bir süre sonra taşınabilir XRF analiz cihazları metal alaşım ölçümleri için kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle metal hurda geri dönüşüm sektöründe firmaları aydınlatan ve her firma için gerekli olan bir araç haline gelmiştir. Tahribatsız bir analiz yöntemi olması ve analiz sürelerinin saniyeler olmasından dolayı XRF analiz cihazlarıyla malzeme ve alaşım ayrımları saniyeler içerisinde gerçekleşmektedir.
XRF analiz cihazlarının bir diğer kullanım alanı da madencilik sektörüdür. Maden ve cevher analizlerinde ister yüzde (%) ister ppm (milyonda bir veya tonda gram) birimleriyle yüksek performanslı analizler laboratuvar sonuçlarıyla uyumlu olarak alınmaktadır. Ülkemizde öncelikle kromit, demir, çinko, kurşun, bakır ve nikel madenciliği yapan firmalar tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kıymetli metal ve kuyumculuk sektörü ise XRF analiz cihazlarının yaygın olarak kullanıldığı bir diğer alandır. Özellikle altın, gümüş, platin, nikel ve rodyum ölçümlerini tahribatsız bir şekilde saniyeler içerisinde yaparak firmaların hızlı şekilde karar almalarını sağlamaktadır. Niton XRF analiz cihazlarında bulunan özel yazılımlar sayesinde analiz sonuçları Karat (Ayar) olarak da gösterilmektedir. AuDIT yazılımı sayesinde Niton XRF analiz cihazları kaplamalara karşı kullanıcıları uyarmaktadır.
Son yıllarda Platin, Paladyum ve Rodyum fiyatlarının artmasıyla daha da değerlenen otokatalitik konvertör geri dönüşümü yapan firmalar tarafından xrf analiz cihazlarının kullanımları yaygınlaşmaktadır. Genellikle tonda gram birimiyle ölçümü yapılan konvetörler, XRF analiz cihazlarıyla ister direk olarak parça üzerinden istenirse toz haline getirilerek numune kaplarından analiz edilebilmektedir.