Spektrometr fluorescencji rentgenowskiej, który posiadamy w naszym laboratorium posiada wysoką czułość dla kilku szczególnie występujących w elektronice pierwiastków, a które są szczególnie niebezpieczne dla ludzi, zwierząt i całego środowiska. Mowa o Ołowiu, Rtęci, Kadmie, Chromie sześciowartościowym oraz Związkach polibromowanych. Nasze urządzenie w tej wersji powstało do badania części, produktów i substancji dla zgodności z Dyrektywą RoHS. Dyrektywa ta to zbiór przepisów Unii Europejskiej w sprawie ograniczenia stosowania niektórych niebezpiecznych substancji w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. Wprowadza ograniczenia w zakresie stosowania tych substancji.

W trakcie przygotowywania oferty analiz skierowanych dla sektora biżuterii, czyli osób i firm mających do czynienia ze stosunkowo ciężkimi pierwiastkami jak złoto czy platyna, postanowiliśmy sprawdzić funkcje badawcze naszego sprzętu także dla malutkich ilości tych niebezpiecznych pierwiastków. Materiałem badawczym, jak się później okazało, niezwykle cennym w obu naszych zastosowaniach była próbka złota z recyclingu elektroniki.

Rys. 1 Próbka złota pochodzącego z recyclingu elektroniki.

 Dostarczona przez naszego klienta próbka złota o masie 40g odlana w postacie małej sztabki. Została pozyskana z przetworzenia elementów stykowych i płytek elektronicznych. Naszym zadaniem było oznaczenie zawartości w próbce złota, co jest niezbędne dla określenia próby jubilerskiej, ale także stwierdzenie innych pierwiastków towarzyszących i ich ilości.

Rys. 2 Próbka złota umocowana na stoliku pomiarowym.

 Próbka umieszczona zostaje na stoliku, którym zarządza już nasz komputer. Jest on poruszany na prowadnicach trzema silnikami krokowymi zawiadywanymi z aplikacji. Ważną czynnością, którą musimy wykonać jest sprawdzenie czy próbka nie jest za wysoka by w trakcie przejazdów wewnątrz maszyny nie uderzyła w głowicę pomiarową.

Rys. 3 Próbka złota umocowana na stoliku pomiarowym - widok z wewnętrznej kamery.

 W trakcie ustalania wysokości zaznaczyliśmy markerem też jej najwyższy punkt. Mierzony obszar musi znaleźć się w odległości 2mm od membrany próżniowej naszej głowicy pomiarowej. Gdy umieściliśmy próbkę na stoliku, oprogramowanie wprowadza ją pod jedną z kamer CCD, która wykonuje zdjęcie. Obszar tej kamery jest zsynchronizowany z polem pod głowicą pomiarową. Gdy na tym wykonanym zdjęciu zaznaczymy punkt, automatyka ten właśnie punkt ustawi idealnie w miejscu naświetlania promieniami Roentgena.

Rys. 4 Obraz z kamery z obiektywem powiększającym.

 Nasze urządzenie ma w sumie trzy kamery optyczne. Pierwsza do wykonywania ogólnego obrazu pozycjonującego, druga obserwuje próbkę poprzecznie i służy do ustalania wysokości do głowicy a trzecia ma obiektyw powiększający, dzięki któremu możemy bardzo precyzyjnie nakierować pomiar na bardzo małe obiekty jak np. cienki drucik lub bardzo mały punkt w próbce. 

Rys. 5 Stanowisko pomiarowe przed rozpoczęciem badania.

 Gdy wszystkie czynności manualne zostały wykonane a przestrzeń pomiarowa zamknięta, możemy przystąpić do wybrania parametrów pomiarowych i rozpoczęcia pomiaru. Wszystkie ustawienia maszyny do badania takich ciężkich pierwiastków są praktycznie identyczne jak dla badania zgodności z Dyrektywą RoHS dlatego też, na tym przykładzie mogliśmy przećwiczyć również to badanie. Staramy się ograniczyć do minimum czas pracy lampy RTG w tej maszynie, gdyż jej certyfikowana żywotność jest ograniczona, koszty wymiany ogromne a każda sekunda pracy przekłada się realnie na złotówki. Mogąc upiec dwie pieczenie na jednym ogniu - po prostu to robimy.

Rys. 6 Widmo zebranych w trakcie pomiaru danych z detektora.

 W trakcie naświetlania próbki detektor zbiera wtórne promieniowanie a komputer je analizuje i w czasie rzeczywistym rysuje widmo ilości kwantów o danej energii przypisanych dla danego pierwiastka. Już w trakcie pomiaru możemy obserwować jakich kwantów energii jest najwięcej bo te piki rysują się najszybciej. W tym przypadku prawie natychmiast urosły piki dla złota więc możemy przypuszczać, że będzie go tam najwięcej.

Rys. 7 Obliczony przez oprogramowanie skład badanego metalu.

 Jednak dopiero po upływie określonego dla tych parametrów czasu naświetlania komputer wylicza skład substancji, którą badamy. Robi to dwiema metodami FPM lub w oparciu o krzywe kalibracyjne. W przypadku chęci poznania składu stosujemy metodę proporcjonalną FPM i z tej metody mamy powyżej wynik. Widzimy, że dostarczona próbka nie jest całkowicie czysta i zawiera tylko 98,56 % czystego złota. Jest tam też m.in. 0,36% palladu czy 0,17% molibdenu. Jest też 0,35% toru - ten promieniotwórczy pierwiastek jest często dodawany do złoconych elementów stykowych w w elektronice dla poprawy właściwości kontaktowych i skracania czasu zadziałania styku. Jest też świetnym markerem pochodzenia złota. Badaliśmy już kilka próbek złota z odzysku i praktycznie zawsze tam był. Jest go bardzo trudno z takiego złota usunąć, dlatego pewnie zawsze tam zostaje. Dla wykonanej analizy wystawiamy Protokół, który np. tak może wyglądać: ->Pobierz<- 

Rys. 8 Obliczony przez oprogramowanie skład badanego metalu w oparciu o wykonane wcześniej krzywe kalibracyjne.

 Wykorzystując zebrane wcześniej dane z detektora, na podstawie których powstało zarówno widmo jak i wyliczenia, możemy dokonywać kolejnych obliczeń w oparciu o inne metody i formuły. Na powyższym obrazie mamy wynik użycia formuły stosowanej dla badania zgodności z dyrektywą RoHS, a która wykorzystuje dane z wykonanych wcześniej krzywych kalibracyjnych. Te krzywe zaprogramowane zostały przy użyciu specjalnych wzorców z różną zawartością danych pierwiastków w próbce.

Rys. 9 Wzorce kalibracyjne z różną zawartością niebezpiecznych pierwiastków wg. RoHS.