การวิเคราะห์ทองด้วย XRF ทำงานอย่างไร?

XRF คืออะไร?

XRF ย่อมาจากคำภาษาอังกฤษ X-ray fluorescence หรือการเรืองรังสีเอกซ์ เป็นเทคนิควิเคราะห์แบบไม่ทำลายที่ใช้กันแพร่หลายในการวิเคราะห์ธาตุของวัสดุหลายชนิด เช่น โลหะ แก้ว เซรามิก และหิน¹² ในงานร้านทอง คำถามนั้นเรียบง่าย: ชิ้นงานนี้มีโลหะอะไรบ้าง และแต่ละชนิดมีอยู่เท่าไร? XRF ตอบคำถามนี้ด้วยการวัดการตอบสนองของอะตอมในชิ้นงานต่อรังสีเอกซ์

คำว่าการเรืองรังสีในชื่อของวิธีนี้ หมายถึงการที่สสารปล่อยพลังงานที่ได้รับกลับออกมาเป็นรังสีเฉพาะตัวของมัน ใน XRF รังสีนี้ก็เป็นรังสีเอกซ์เช่นกัน และสิ่งที่จับและนับรังสีนี้คือตัวตรวจวัดภายในเครื่อง²

เกิดอะไรขึ้นภายในอะตอม?

เมื่อรังสีเอกซ์จากหลอดของเครื่องกระทบชิ้นงาน จะทำให้อิเล็กตรอนบางตัวในวงโคจรชั้นในของอะตอม (ระดับ K และ L) หลุดออกจากตำแหน่ง อิเล็กตรอนจากวงโคจรชั้นนอกกว่าจะเข้ามาเติมตำแหน่งที่ว่างนั้น พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาในการเปลี่ยนระดับนี้จะแผ่ออกไปเป็นรังสีเอกซ์ใหม่¹²

พลังงานของรังสีนี้เป็นค่าเฉพาะตัวของชนิดอะตอมที่ปล่อยออกมา ดังนั้นเมื่อดูพลังงานของรังสี ก็สามารถรู้ได้ว่ารังสีนั้นมาจากธาตุใด¹² ตัวอย่างเช่น ทองปล่อยรังสีที่ 9.71 keV เงินที่ 22.16 keV³

คำนวณกะรัตและความบริสุทธิ์อย่างไร?

เครื่อง XRF แบ่งได้เป็นสองประเภทตามวิธีแยกรังสี ในเครื่องแบบกระจายพลังงาน (energy-dispersive) ตัวตรวจวัดทั้งจับรังสีแต่ละลำที่เข้ามาและวัดพลังงานของรังสีนั้น การแยกและการนับจึงทำในขั้นตอนเดียว² ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในตัวตรวจวัดแปรผันตามพลังงานของรังสีที่เข้ามา รังสีแต่ละลำจึงถูกบันทึกลงในช่องพลังงานที่ถูกต้อง²

ส่วนอีกประเภทหนึ่งคือเครื่องแบบกระจายความยาวคลื่น (wavelength-dispersive) ซึ่งรังสีจะถูกแยกด้วยการเลี้ยวเบนบนผลึกก่อนไปถึงตัวตรวจวัด² ทั้งสองประเภทอาศัยหลักการเดียวกัน: แต่ละธาตุปล่อยรังสีที่พลังงานเฉพาะตัว และปริมาณของรังสีเหล่านี้บอกสัดส่วนของธาตุ

ความเข้มของรังสีที่มาจากธาตุหนึ่งแปรผันตามปริมาณของธาตุนั้นในชิ้นงาน ค่าที่แน่นอนของสัดส่วนนี้หาได้จากการเปรียบเทียบกับตัวอย่างอ้างอิงที่ทราบองค์ประกอบ เรียกว่าการสอบเทียบ¹² ซอฟต์แวร์ใช้การสอบเทียบแปลงค่านับของแต่ละธาตุเป็นเปอร์เซ็นต์ เมื่อรู้เปอร์เซ็นต์ของทองแล้ว ก็คำนวณกะรัตและความบริสุทธิ์ได้โดยตรง: หากใน 1,000 ส่วนเป็นทอง 750 ส่วน ผลลัพธ์คือความบริสุทธิ์ 750 หรือ 18 กะรัต

ข้อจำกัดของ XRF: สิ่งที่ร้านทองควรรู้

• วัดที่ผิว รังสีเรืองส่วนใหญ่มาจากชั้นบนของชิ้นงาน สำหรับธาตุเบา ความลึกนี้มีเพียงไม่กี่ไมโครเมตร² XRF วัดที่ผิวชิ้นงาน: หากชั้นชุบบาง โลหะที่อยู่ใต้ชั้นชุบ (เช่น ทองแดง สังกะสี) จะปรากฏในผลวัด และเผยให้เห็นว่าเป็นของชุบ หากสงสัยว่าเป็นชั้นชุบหนาหรือทองสอดไส้ ควรวัดหลายจุดบนชิ้นงาน และอาจต้องใช้การทดสอบแบบทำลาย³
• การสอบเทียบขึ้นอยู่กับวัสดุ การสอบเทียบหนึ่งชุดใช้ได้กับวัสดุช่วงหนึ่งเท่านั้น องค์ประกอบและโครงสร้างของชิ้นงานมีผลต่อค่านับ²
• ธาตุที่เบามากวัดได้ยาก การวัดธาตุที่เบากว่าโซเดียมในเชิงปริมาณมักทำได้ยาก² โลหะที่ต้องตรวจในโลหะผสมทอง (เช่น ทอง เงิน ทองแดง สังกะสี) หนักกว่านั้นมาก

การวัดหนึ่งครั้งด้วย PURIX X1

PURIX X1 คือเครื่องวิเคราะห์ทอง XRF แบบตั้งโต๊ะ พร้อมตัวตรวจวัด Si-PIN วัดธาตุในเนื้อทองได้สูงสุด 20 ธาตุโดยไม่ทำให้ชิ้นงานเสียหาย ไม่ต้องตัด ไม่ต้องฝนหิน ไม่ต้องใช้กรด³

คำถามที่พบบ่อย

ค่าทั้งหมดวัดภายใต้สภาวะการทดสอบของผู้ผลิต และอาจแตกต่างไปตามรูปทรงและพื้นผิวของชิ้นงาน