Analiza fluorescencji rentgenowskiej

Analizy fluorescencji rentgenowskiej (XRF) i rentgenowskiej spektroskopii fluorescencyjnej (RFS) o nazwie ( angielski spektroskopii fluorescencyjnej promieniowania rentgenowskiego , spektroskopia XRF ) jest metodą z materiału analizy na podstawie fluorescencji rentgenowskiej . Jest to jedna z najczęściej stosowanych metod jakościowego i ilościowego oznaczania składu pierwiastkowego próbki, ponieważ próbki nie ulegają zniszczeniu podczas pomiaru i nie są wymagane mineralizacje . Jest szczególnie szeroko stosowany w przemyśle metalowym, przy badaniu szkła, ceramiki i materiałów budowlanych oraz przy analizie smarów i produktów olejów mineralnych. Granica wykrywalności wynosi około jednego mikrograma na gram ( ppm ).

Wraca do prób Richarda Glockera (1890–1978) i Hansa-Wilhelma Schreibera z 1929 roku.

Opis podsumowujący

W analizie fluorescencji rentgenowskiej stosuje się technikę spektroskopii fluorescencyjnej do promieniowania rentgenowskiego . Próbka materiału jest albo wzbudzana przez polichromatyczne promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma lub jonowe (wzbudzenie wiązką elektronów → EDX ). Elektrony znajdujące się blisko jądra są wybijane z wewnętrznych powłok atomu. To pozwala elektronom cofać się z wyższych poziomów energii. Uwolniona energia jest emitowana w postaci promieniowania fluorescencyjnego specyficznego dla pierwiastka. To promieniowanie fluorescencyjne można ocenić za pomocą detektora promieniowania . Analiza fluorescencji rentgenowskiej umożliwia identyfikację i określenie stężenia wszystkich pierwiastków od liczby atomowej Z = 5 (bor) (tj. nie: H (wodór), He (lium), Li (t) i Be (ryl)) w najróżniejszych kompozycjach. Szczególnie skuteczne jest wykrywanie drobnych zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie, które mają wysoką liczbę atomową. Najważniejszy pierwiastek stopowy dla stali, węgiel, można wykryć tylko z dużym wysiłkiem.

Przenośny analizator XRF z krzemowym detektorem dryfu

Metoda pomiaru XRF

Istnieją różne metody wzbudzania i oceny, które są zoptymalizowane do różnych celów. Poniższa lista niektórych metod pomiaru XRF może, ze względu na podstawową złożoność, niestety nigdy nie być kompletna i dlatego zawsze zawiera przegląd kilku ważnych metod.

Formuła kwantyfikacji:

${\ displaystyle {I_ {E_ {i, \ mathrm {fl}}} (x) = \ int _ {0} ^ {x} \ mathrm {d} x'I_ {E_ {0}} \ cdot \ underbrace { \ exp \ po lewej [- {\ frac {\ mu _ {i, E_ {0}}} {\ sin \ psi _ {\ mathrm {w}}}} \ \ rho _ {i} \ x '\ po prawej] } _ {\ text {Tłumienie promieniowania padającego}} \ cdot \ underbrace {\ lewy (\ tau _ {i, E_ {0}} \ omega _ {X_ {i}} g_ {l, X_ {i}} { \ frac {j_ {X_ {i}} - 1} {j_ {X_ {i}}}} \ rho _ {i} {\ frac {1} {\ sin \ psi _ {\ mathrm {w}}} } \ right)} _ {\ text {Prawdopodobieństwo powstania fotonów}} \ cdot \ underbrace {\ exp \ left [- {\ frac {\ mu _ {i, E_ {i, \ mathrm {fl}}} } {\ sin \ psi _ {\ mathrm {out}}}} \ rho _ {i} \ x '\ prawy]} _ {\ text {Tłumienie podczas opuszczania próbki}} \ cdot {\ frac {\ Omega _ {\ mathrm { Det}}} {4 \ pi}} \ cdot \ varepsilon _ {\ mathrm {Det}, E _ {\ mathrm {fl}}}}}$

Geometria belki w celu wyjaśnienia wzoru

w którym:

• ${\ styl wyświetlania I_ {E_ {i, \ matematyka {fl}}}}$Natężenie mierzalnego promieniowania fluorescencyjnego elementu z energią fotonu${\ styl wyświetlania i}$${\ styl wyświetlania E_ {i, \ matematyka {fl}}}$
• ${\ styl wyświetlania I_ {E_ {0}}}$ Natężenie promieniowania padającego z energią fotonów ${\ styl wyświetlania E_ {0}}$
• ${\ displaystyle \ mu _ {i, E_ {0}}}$Współczynnik absorpcji pierwiastka przy energii fotonu${\ styl wyświetlania i}$${\ styl wyświetlania E_ {0}}$
• ${\ styl wyświetlania \ psi _ {\ matematyka {w}}}$ Kąt padania ekscytującego promieniowania
• ${\ styl wyświetlania \ rho _ {i}}$ Gęstość pierwiastka ${\ styl wyświetlania i}$
• ${\ styl wyświetlania \ tau _ {i, E_ {0}}}$Przekrój absorpcji fotoelektrycznej elementu dla fotonu energii${\ styl wyświetlania i}$${\ styl wyświetlania E_ {0}}$

• ${\ styl wyświetlania \ omega _ {X_ {i}}}$ Wydajność fluorescencji krawędzi absorpcyjnej ${\ styl wyświetlania X_ {i}}$
• ${\ styl wyświetlania g_ {l, X_ {i}}}$Prawdopodobieństwo przejścia linii fluorescencji należącej do krawędzi absorpcji${\ styl wyświetlania X_ {i}}$${\ styl wyświetlania l}$
• ${\ displaystyle j_ {X_ {i}}}$Współczynnik skoku (ang. Jump ratio ) krawędzi absorpcji${\ styl wyświetlania X_ {i}}$

• ${\ displaystyle \ mu _ {i, E _ {\ matematyka {fl}}}}$Współczynnik absorpcji pierwiastka przy energii fluorescencji ;${\ styl wyświetlania i}$${\ displaystyle E _ {\ matematyka {fl}}}$
• ${\ styl wyświetlania \ psi _ {\ matematyka {out}}}$Kąt obserwacji / kąt w jakim kierunku znajduje się detektor (często detektor znajduje się pionowo nad próbką → )${\ styl wyświetlania \ psi _ {\ matematyka {out}} = 90 ^ {\ circ}}$
• ${\ displaystyle \ Omega _ {\ matematyka {Det}}}$ efektywny kąt bryłowy detektora
• ${\ displaystyle \ varepsilon _ {\ mathrm {Det}, E _ {\ mathrm {fl}}}}$ Sprawność detektora pod względem energii fotonów ${\ displaystyle E _ {\ matematyka {fl}}}$

Uwaga: Generalnie dzieje się tak, ponieważ do uzyskania informacji wykorzystywane jest promieniowanie fluorescencyjne, a nie odbita wiązka. Prawdą jest, że informacje o próbce można uzyskać również za pomocą wiązki odbitej. Ale to jest bardziej elipsometria, a nie wyraźnie promieniowanie fluorescencyjne. ${\ styl wyświetlania \ psi _ {\ matematyka {w}} \ neq \ psi _ {\ matematyka {wy}}}$

Analiza fluorescencji rentgenowskiej całkowitego odbicia (TRFA, TXRF)

W analizie fluorescencji rentgenowskiej całkowitego odbicia (TXRF, ang. Total Reflection X-ray fluorescence , TXRF) promień stymulujący znajduje się pod bardzo płytkim kątem padania kilku minut łuku na napromieniowaną próbkę o współczynniku załamania <1, tak, że zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie . Uzyskana głębokość penetracji wynosząca kilka nanometrów zapewnia lepszy stosunek sygnału do szumu , ponieważ nie ma interakcji z materiałem nośnika próbki. W ten sposób granicę wykrywalności można rozszerzyć do 0,01 pikogramów . Ponadto interakcja incydentu z odbitym promieniowaniem rentgenowskim tworzy pola fal stojących ( stałe fale rentgenowskie , XSW), które można wykorzystać w szczególności do oznaczania i ilościowego oznaczania zanieczyszczeń na próbce (np. wafel ).

Rentgenowska analiza fluorescencji pod wypasem (GIXRF)

Jest to analiza fluorescencji rentgenowskiej pod kątem występowania wypasu ( angielska fluorescencja rentgenowska , GIXRF). Metoda ta jest ściśle powiązana z TXRF, ale różni się między innymi tym, że w GIXRF kąt padania jest zróżnicowany wokół obszaru krytycznego kąta całkowitego odbicia . Poniżej kąta krytycznego jest to w zasadzie klasyczna metoda TXRF, ale jeśli kąt padania przekroczy kąt krytyczny , promieniowanie wnika do warstwy poniżej z rosnącym kątem. Dodatkowo pola fali stojącej promieniowania rentgenowskiego ( X-ray Standing Waves, XSW) znane z TXRF są również tworzone za pomocą GIXRF , co prowadzi do modulacji promieniowania wzbudzającego w obszarze interfejsu. Pozwala to również dowiedzieć się czegoś o naturze warstwy przyściennej lub określić skład pierwiastkowy warstwy lub próbki w funkcji głębokości. ${\ styl wyświetlania \ theta _ {\ tekst {kryt}}}$${\ styl wyświetlania \ theta _ {\ tekst {kryt}}}$

Metoda ta stosowana jest w układach warstwowych, których warstwy różnią się znacznie pod względem współczynnika załamania . Dotyczy to między innymi ogniw słonecznych . Ze względu na różny współczynnik załamania, różne są również kąty krytyczne poszczególnych warstw. Jeżeli kąt krytyczny górnej warstwy jest większy niż kąt krytyczny warstwy leżącej pod spodem, wówczas istnieje zakres kątów, w którym światło rentgenowskie przenika górną warstwę, ale nie dociera do warstwy pod spodem z powodu całkowitego odbicia. Duża część całkowicie odbitego promieniowania pokonuje następnie granicę próbki i wychodzi ponownie z górnej warstwy. Tam nakłada się na część promieniowania, która została odbita od najwyższej powierzchni próbki. Z powstałej interferencji w całkowitym odbitym świetle rentgenowskim można wywnioskować grubość napromieniowanej warstwy. ${\ styl wyświetlania \ theta _ {\ tekst {kryt}}}$${\ displaystyle \ theta _ {\ tekst {i, krit}}}$${\ displaystyle \ theta _ {\ tekst {j, krit}}}$

Analiza fluorescencji rentgenowskiej mikro (μ-XRF, μ-XRF)

W analizie mikrofluorescencji rentgenowskiej (μ-RFA, ang. Mikrofluorescencja rentgenowska , μ-XRF) jest to proces, w którym wiązka promieniowania rentgenowskiego jest skupiana na kilku mikrometrach za pomocą optyki rentgenowskiej, w zamówić w ten sposób uzyskać rozdzielczość w zakresie mikrometrów.

Rozszerzenie tej metody o spektroskopię fluorescencji mikro-rentgenowskiej 3D (3D-μ-XRF, 3D-μ-XRF), która została opracowana dopiero w 2000 roku na TU Berlin , umożliwia skanowanie próbek w trzech wymiarach (3D ) nieniszcząco. Zarówno wiązka wzbudzająca, jak i wiązka detekcyjna przechodzi przez soczewkę rentgenowską (tzw. soczewkę polikapilarną), która określa objętość badania mierzącą zaledwie kilka mikrometrów sześciennych.

Widmo absorpcji promieniowania rentgenowskiego w obszarze krawędzi absorpcji (schematyczne). Krawędź jest zaznaczona strzałką, a zakres energii zbadany przez EXAFS jest podświetlony na jasnoniebiesko.

Spektroskopia absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS)

Kolejna grupa metod analitycznych, rentgenowska spektroskopia absorpcyjna (ang. X-ray absorp spectroscopy , XAS), obejmuje metody, w których absorpcję mierzy się promieniowaniem rentgenowskim w zakresie krawędzi absorpcji. Ponieważ drobna struktura otrzymanego widma jest zwykle analizowana, ta grupa metod jest również znana jako spektroskopia rentgenowska absorpcyjna drobnoziarnista ( spektroskopia XAFS ). Zasadniczo grupa ta jest podzielona na badanie „bliskiej krawędzi” (NEXAFS / XANES) i badanie „rozszerzonej struktury krawędzi” ( EXAFS ).

Rentgenowskie struktury subtelnej w pobliżu krawędzi spektroskopii ( w pobliżu krawędzi rentgenowskie absorpcji drobna struktura , NEXAFS) lub ( absorpcja promieniowania rentgenowskiego w pobliżu krawędzi struktury , XANES) jest to proces, który wyznacza krawędź absorpcji elementu rozpatrzony wysokiego uchwały, dlatego termin absorpcja jest uzasadniony. Czasami prowadzi to do błędnego założenia, że ​​jest to czysta spektroskopia absorpcyjna.

W EXAFS (z angielskiego. Extended X-ray absorp fine structure , EXAFS) jest to metoda, która uwzględnia „rozszerzony obszar” krawędzi absorpcji, d. H. drobna struktura absorpcji promieniowania rentgenowskiego oddalona od krawędzi. Podczas badania cząsteczek na powierzchni, metoda ta jest również znana jako SEXAFS ( powierzchnia rozszerzona struktura absorpcji promieniowania rentgenowskiego ).

W obu przypadkach występują zakłócenia (strzałki), które stanowią podstawę do badań ilościowych w pomiarach NEXAFS/XANES lub EXAFS. Na przykład częstotliwość oscylacji można prześledzić na podstawie odległości do sąsiednich atomów. Obie metody są stosowane zarówno w trybie „absorpcyjnym”, tj. w transmisji, jak iw „trybie fluorescencyjnym”. Ponieważ jednak tylko układy z cienkimi próbkami są przepuszczalne, tj. przepuszczalne, metoda ta działa głównie w trybie fluorescencyjnym i dlatego należy również do grupy analizy fluorescencji rentgenowskiej (XRF).

XAFS (tworzenie NEXAFS / XANES i EXAFS, schemat).
Po lewej: Fala płaszczyzny padającej jest pochłaniana przez atom. Środek: absorbujący atom z kolei emituje sferyczną falę fotoelektronową. Po prawej: Emitowana fala fotoelektronów jest rozpraszana przez otaczające atomy. Z jednej strony (kolor niebieski) występują pojedyncze procesy rozpraszania, które są przyczyną struktur EXAFS, z drugiej strony (kolor pomarańczowy) występują również procesy wielokrotnego rozpraszania, które są przyczyną struktur NEXAFS/XANES.

Rodzaje wykrywania

W przypadku XRF należy rozróżnić zasadniczo dwa rodzaje wykrywania

• Energo-dyspersyjna detekcja fluorescencji (EDXRF) i
• wykrywanie fluorescencji z dyspersją długości fali (WDXRF).

Analiza fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii (EDXRF)

W fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii (EDXRF, ang. Energy dispersive X-ray fluorescencja , EDXRF) osiąga się wzbudzenie próbki przez promieniowanie rentgenowskie. Aby wzbudzić określone, pożądane pierwiastki lub stłumić szum tła, pomiędzy źródłem promieniowania rentgenowskiego a próbką można podłączyć filtry wykonane z różnych pierwiastków. Podobnie jak EDX , detektor dyspersyjny energii mierzy energię emitowanych kwantów fluorescencji.

Analiza fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali (WDXRF)

W fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali (WDXRF, ang. Wavelength Dispersesion X-ray fluorescencja , WDXRF), wzbudzenie podobnie jak EDXRF. Różnica polega na wykrywaniu i ocenie emitowanego promieniowania fluorescencyjnego: są one ustawiane równolegle przez kolimator , wyginane w krysztale analizatora i rejestrowane przez odpowiedni detektor. Kryształ służy do podziału widma polichromatycznego promieniowania wtórnego pochodzącego z próbki na długości fal za pomocą dyfrakcji oraz umożliwia jakościowe oznaczenie pierwiastka na podstawie kąta dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego oraz oznaczenie ilościowe poprzez pomiar natężenie promieniowania rentgenowskiego.

Porównanie EDXRF / WDXRF

Ponieważ długość fali kwantu promieniowania rentgenowskiego jest odwrotnie proporcjonalna do jego energii, można by oczekiwać, że wyniki EDXRF i WDXRF będą identyczne, z wyjątkiem odbicia widma. W rzeczywistości istnieją pewne znaczące różnice ze względu na inny projekt:

Rozdzielczość energetyczna opisuje ostrość separacji między dwoma pikami widmowymi. Zwykle podaje się ją dla energii promieniowania rentgenowskiego 5,9 keV (linia mangan-K-alfa, linia Mn-K-α). Rozdzielczość systemu WDXRF zależy od kryształu i konstrukcji optyki. Można osiągnąć rozdzielczości od 20 eV do 5 eV. Natomiast rozdzielczość systemu EDXRF osiąga tylko wartości od 600 eV do 120 eV. Oznacza to, że system WDXRF jest znacznie dokładniejszy, dzięki czemu piki, które są blisko siebie, mogą być nadal rozdzielone. Jednak bardzo precyzyjne kryształy i optyka są drogie i podatne na błędy. Ponadto systemy WDXRF wymagają znacznie dłuższych czasów pomiaru.

Wydajność opisuje, jak dobrze promienie rentgenowskie ze źródła promieni rentgenowskich są wykorzystywane do wzbudzania próbki i emitowania tam promieni rentgenowskich. Czynnik ten zasadniczo determinuje wydajność źródła promieniowania rentgenowskiego i dlatego jest jednym z głównych czynników kosztowych. WDXRF jest tutaj wyraźnie w niekorzystnej sytuacji, ponieważ w przypadku EDXRF z bezpośrednim wzbudzeniem prawie nie traci się energii, podczas gdy w przypadku WDXRF trzeba użyć prawie stukrotnie mocy, aby uzyskać taką samą wydajność kwantów rentgenowskich.

EDXRF to znacznie bardziej opłacalny wariant, który jednak oferuje również znacznie niższą rozdzielczość energetyczną, tak że w zależności od zastosowania należy zdecydować, który projekt jest bardziej odpowiedni.

składniki

Źródło promieniowania

Następujące instrumenty mogą być używane jako źródło promieniowania:

• lampa rentgenowska .
  • Rurka szyby bocznej. Anoda wykonana z chromu , wolframu , molibdenu , złota lub rodu jest bombardowana wiązką elektronów. Generowane jest dużo ciepła i promieni rentgenowskich, które opuszczają lampę rentgenowską przez okna berylowe po bokach.
  • Rura z okienkiem końcowym jest używana znacznie częściej ze względu na lepszą gęstość promieniowania. Anoda znajduje się naprzeciwko okna berylowego, a katoda jest zbudowana w pierścieniu wokół anody. Po przyłożeniu napięcia elektrony poruszają się po zakrzywionej ścieżce do anody.
• Nuklidy promieniotwórcze. W przypadku przenośnych spektrometrów zamiast lampy rentgenowskiej można zastosować promienniki pierwotne, takie jak żelazo ( ⁵⁵ Fe) lub pluton ( ²³⁸ Pu). Jednak granice wykrywalności są tutaj bardzo wysokie.
• źródło promieniowania synchrotronowego .

filtr

Jeśli jako źródło promieniowania stosuje się lampę rentgenowską, generowane promieniowanie rentgenowskie składa się z jednej strony z bremsstrahlung, az drugiej strony z charakterystycznego widma liniowego bombardowanego materiału anodowego. Jeśli na przykład jako materiał anodowy zostanie użyty chrom, na końcu zostanie również wykryte charakterystyczne widmo chromu. Nie można rozróżnić, czy widmo liniowe pochodzi tylko z lampy rentgenowskiej, czy próbka zawiera również chrom. Dlatego pomiędzy probówką a próbką umieszcza się filtr selektywny w celu zaabsorbowania charakterystycznych linii K _beta i K _alfa . Materiał filtra selektywnego dobierany jest tak, aby jego liczba atomowa była o jeden lub dwa mniejsza od elementu, z którego wykonana jest anoda. Na przykład filtr tytanowy (liczba porządkowa 22) jest stosowany do rurki chromowanej (numer porządkowy 24).

Podział systemu

Jako system szczelin można stosować zarówno cienkie rurki ( kolimatory ) jak i metalowe lamele ( przesłony Sollera ). Jego celem jest wybranie wiązki równoległej z promieniowania rozbieżnego.

Kryształ analizatora

Aby móc później analizować linie fluorescencji promieniowania rentgenowskiego, należy je najpierw poddać dyfrakcji na regularnej siatce. Monokryształy, takie jak monokryształy LiF lub zwierciadła wielowarstwowe, są odpowiednie jako siatki dyfrakcyjne dla promieni rentgenowskich. Równanie Bragga

${\ displaystyle n \ cdot \ lambda = 2d \ cdot \ sin (\ theta)}$

w którym:

• n rząd dyfrakcji;
• d jest odstępem siatki;
• θ to kąt patrzenia lub Bragga;
• λ oznacza długość fali. Najdłuższa mierzalna długość fali λ _max wynika z wstawienia θ _max = 90 °.

Poprawione równanie Bragga dla zwierciadeł wielowarstwowych:

${\ displaystyle n \ cdot \ lambda = 2d \ cdot \ sin (\ theta) \ cdot \ (1- \ delta / \ sin ^ {2} (\ theta))}$

w którym:

• δ dyspersja użytych materiałów warstwowych

Licznik scyntylacyjny

Liczniki scyntylacyjne są stosowane do pierwiastków o większej liczbie atomowej niż żelazo (26 protonów) i zwykle składają się z kryształu NaI domieszkowanego talem. Kiedy promienie rentgenowskie uderzają w kryształ, promienie rentgenowskie są przekształcane w promieniowanie fluorescencyjne. Promieniowanie fluorescencyjne jest przekształcane w impulsy elektryczne w znajdującym się za nim fotopowielaczu i wielokrotnie wzmacniane.

Rura licznika

Rurki licznikowe służą do pomiaru promieniowania długofalowego emitowanego przez lżejsze pierwiastki od berylu (4 protony) do manganu (25 protonów). Licznik jest wypełniony gazem obojętnym (np. argonem). Kiedy promieniowanie rentgenowskie uderza w atom argonu, wybija fotoelektron. Ten fotoelektron migruje do drutu anody i po drodze generuje do 10 000 par elektron-jon (wzmocnienie gazowe) poprzez wtórną jonizację uderzeniową. Migracja jonów dodatnich z powrotem do ścianki miernika powoduje krótkie (mikrosekundowe) zakłócenie pola elektrycznego, które następnie generuje impuls prądowy/napięciowy na przedwzmacniaczu. Wysokość tego impulsu jest proporcjonalna do wypromieniowanej energii kwantu rentgenowskiego (patrz licznik proporcjonalny - w przeciwieństwie do licznika Geigera, w którym tracona jest informacja o energii).

Zastosowanie w praktyce

Granice metody

Analiza fluorescencji rentgenowskiej nie może być stosowana do pierwiastków lżejszych od boru (liczba atomowa 5). Rozsądne wartości analityczne pochodzą tylko z fluoru (liczba porządkowa 9) (pomiędzy nimi są: C (węgiel), N (azot) i O (tlen)), dobre wartości tylko z sodu (liczba porządkowa 11) (w między Ne (on) (liczba porządkowa 10) ), ponieważ promienie rentgenowskie z lżejszych elementów są tak łatwo absorbowane, że nie mogą nawet przeniknąć do detektora. Górna granica ilościowa wynika z odpowiednich próbek referencyjnych (patrz kalibracja ).

Rodzaj i kształt próbki do analizy

Próbki stałe są na ogół analizowane. Ciecze są analizowane w plastikowym słoiku z cienką folią. Zwykle stosuje się próbki lite, które mają kształt okrągłego krążka (podobnego do dużej monety) o średnicy od 2 do 5 cm. Próbka musi mieć co najmniej jedną płaską powierzchnię, od której mogą być odbijane promienie rentgenowskie.

przygotowanie próbki

Najprostszy sposób na analizę metalowych dysków. Próbki w postaci proszku muszą być najpierw drobno zmielone i sprasowane razem ze środkiem wiążącym (na przykład woskiem parafinowym lub proszkiem celulozowym), aby utworzyć próbną tabletkę. Inną możliwością jest zmieszanie mączki skalnej itp. z tetraboranem litu i wytworzenie wytopu szklistego, który wlewa się do formy odlewniczej. W tym procesie próbka jest oczywiście niszczona.

Tabletki proszkowe do analizy mączek skalnych, cementu, żużla, popiołu lotnego

3 gramy substancji testowej miesza się z 0,6 gramami sproszkowanego wosku parafinowego i sprasowuje w tabletkarce. Bardziej stabilne tabletki uzyskuje się z 2 gramami kwasu borowego, jeśli nakłada się mieszaninę próbki i wyciska z niej tabletkę. Substancja znajduje się na warstwie kwasu borowego, która ma lepsze właściwości płynięcia pod ciśnieniem.

Tabletki topliwe do analizy mączek skalnych, cementu, żużla

Lepsze wyniki pomiarów uzyskuje się dzięki tabletkom dyspergującym w jamie ustnej. W tym celu jedną część wagową od 1 do 2 gramów mączki skalnej i pięć części od 5 do 10 gramów tetraboranu dwulitu (Li ₂ B ₄ O ₇ ) dokładnie rozdrobnić w moździerzu agatowym i w ten sposób wymieszać, a następnie umieścić w tygiel platynowy. Zawartość tygla jest podgrzewana w piecu elektrycznym do 1050 do 1080°C przez co najmniej 12 minut, a ciekły stop jest przenoszony do formy odlewniczej nad palnikiem Bunsena. Ten stop w formie odlewniczej jest chłodzony sprężonym powietrzem, aby stop nie krystalizował między 1000 ° C a 600 ° C. Cementy są schładzane tylko do słabego czerwonego ciepła, po czym są schładzane wolniej, aby zapobiec pękaniu tabletek. Aby zapobiec przywieraniu tabletki do formy, powodując jej pękanie, na dwie minuty przed wylaniem dodaje się niewielką ilość jodku litu (20 mg). Jeśli zawartość substancji w próbce jest niska, 250 mg próbki można również sporządzić z 7,25 g tetraboranu litu.

Do nalewania tabletek wymagane są okulary ochronne, długie szczypce do tygli oraz rękawice ochronne w celu ochrony przed promieniowaniem cieplnym. Podczas dodawania jodku litu powstają opary jodu, dlatego piec powinien znajdować się pod maską.

Dostępne są również automatyczne urządzenia do mineralizacji tabletek do topienia, które wytwarzają do 6 mineralizacji stopów w tym samym czasie.

Granice wykrywalności w tabletkach dyspergujących w jamie ustnej

Stosuje się stosunek mieszania 1 + 59. Osiągalne minimalne granice wykrywalności to co najmniej:

• Na, Mg: 100 ppm
• Al, Si, P, S: 50 ppm
• K, Ca, Ba, Ti: 30 ppm
• Fe, Mn, Cr, Ni, Cu, Zn: 10 ppm
• Rb, Sr, Y, Zr, Nb: 6 ppm

Granica wykrywalności tabletek proszkowych jest lepsza od 2 do 3 razy, ale ze względu na wpływ wielkości ziarna i gorszą jednorodność próbek dokładność analiz jest niższa, a tolerancje większe.

Kalibracja urządzenia do fluorescencji rentgenowskiej

Wykorzystywane są próbki kalibracyjne o znanej zawartości, które są produkowane samodzielnie lub dostępne są standardowe próbki , których zawartość została określona przez wiele renomowanych laboratoriów. Trzy metody kalibracji to kalibracja przy użyciu wzorców zewnętrznych, wzorców wewnętrznych lub dodawania wzorców, przy czym metoda wzorca wewnętrznego jest zwykle stosowana w analizie fluorescencji rentgenowskiej. W międzyczasie są też przyrządy, które (z mniejszą dokładnością) mogą obejść się bez próbek kalibracyjnych.

Analiza przy zakupie złota

Ze względu na stały wzrost ceny złota oraz rosnący rynek metali szlachetnych, analiza RF jest coraz częściej wykorzystywana również w obszarze zakupów złota. W przeciwieństwie do konwencjonalnej metody liniowa/kwasowa, rozdrobnienie próbki może być analizowane nieniszcząco. Dzięki temu można prawidłowo określić próbki o nieznanym składzie, z dużą liczbą elementów towarzyszących. Oznacza to, że można również wykryć fałszywe przedmioty z sfałszowanym znakiem probierczym. W ten sposób analiza RF zapewnia większą przejrzystość w porównaniu z konwencjonalnymi analizami, ale niestety ma wadę polegającą na powierzchownym oznaczaniu składu. Dokładna analiza dogłębna próbki nie jest możliwa. Tutaj również nie ma ograniczeń co do możliwych oszustw. Zniszczenie próbki jest niezbędne do prawidłowej analizy. Z drugiej strony, nieniszcząca analiza złota jest możliwa dzięki pomiarowi prędkości ultradźwiękowej .

Analiza dzieł sztuki

Analiza RF została również z powodzeniem wykorzystana w analizie obrazów. Ostatnio dostępne stały się zminiaturyzowane urządzenia analityczne, które umożliwiają analizę na miejscu. Korzystając z większych urządzeń do analizy skanów, można odwzorować rozkład poszczególnych pierwiastków chemicznych w obrazie, a tym samym zidentyfikować użyte pigmenty. Podczas badania portretu Rembrandta przedstawiającego mężczyznę w stroju wojskowym , za pomocą XRF i analizy aktywacji neutronów odkryto ukryty pod spodem przemalowany portret mężczyzny. Przemalowany portret kobiecy mógł być również widoczny pod warstwami wierzchnimi podczas oglądania obrazu „Trawa” Vincenta van Gogha .

literatura

• R. Tertian, F. Claisse: Zasady ilościowej analizy fluorescencji rentgenowskiej. Heyden i Syn, 1982, ISBN 0-85501-709-0 .
• BK Agarwal: Spektroskopia rentgenowska: wprowadzenie. Springer, 1991, ISBN 0-387-09268-4 .
• R. Klockenkaemper: Analiza fluorescencji rentgenowskiej całkowitego odbicia. John Wiley & Sons, 1996, ISBN 0-471-30524-3 .
• R. Van Grieken, AA Markowicz: Podręcznik spektrometrii rentgenowskiej. Marcel Dekker, 2002, ISBN 0-8247-0600-5 .
• B. Beckhoff i in.: Podręcznik praktycznej analizy fluorescencji rentgenowskiej. Springer, 2006, ISBN 3-540-28603-9 .
• Georg Schwedt: Chemia analityczna: podstawy, metody i praktyka. Wiley-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-31206-1 .
• H. Erhardt: Rentgenowska analiza fluorescencji, zastosowania w laboratoriach firmowych. Niemieckie wydawnictwo dla przemysłu podstawowego, Lipsk 1988, ISBN 3-342-00219-0 .
• Paula Hahn-Weinheimer , Klaus Weber-Diefenbach, Alfred Hirner: Metody analityczne fluorescencji rentgenowskiej, podstawy i praktyczne zastosowanie w naukach o geologii, materiałach i środowisku. Springer-Verlag, 2000, ISBN 3-528-06579-6 .

linki internetowe

• Europejskie Stowarzyszenie Spektrometrii Rentgenowskiej - ciekawe linki
• Fluorescencja rentgenowska w ColourLex
• XRF w terrachem - ciekawy link

Indywidualne dowody

1. ↑ DA Skoog, JJ Leary: Instrumental Analytics Basics - Devices - Application 1992. Springer Verlag, Berlin, s. 410.
2. ↑ Burkhard Beckhoff, Rolf Fliegauf, Michael Kolbe, Matthias Müller, Jan Weser, Gerhard Ulm: Bezwzorcowa analiza fluorescencji rentgenowskiej z całkowitym odbiciem powierzchni półprzewodników z promieniowaniem synchrotronowym . W: Chemia analityczna . taśma 79 , nie. 20 , 1 września 2007, s. 7873-7882 , doi : 10.1021/ac071236p . 
3. ↑ P. Hönicke, B. Beckhoff, M. Kolbe, D. Giubertoni, J. van den Berg, G. Pepponi: Charakterystyka profilu głębokości implantów ultrapłytkich połączeń . W: Analityczna Chemia Bioanalityczna . taśma 396 , nr. 8 , 1 kwietnia 2010, s. 2825-2832 , doi : 10.1007/s00216-009-3266-y . 
4. ↑ Ioanna Mantouvalou: Ilościowa spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej 3D Micro . 2009, urna : nbn: de: kobv: 83-opus-23153 (praca doktorska, Uniwersytet Techniczny w Berlinie, 2009). 
5. ↑ Strona producenta dla UniQuant
6. ↑ René Böttcher, Lothar Spieß: Wyznaczanie parametrów materiału metodami ultradźwiękowymi – czy „sztabka złota” jest prawdziwa? W: NDT w badaniach, rozwoju i zastosowaniu / doroczna konferencja DGZfP na temat nieniszczących badań materiałów; 2014 (Poczdam): 26-28. Maj 2014. DGZfP, Berlin 2014 (7 stron).
7. ↑ Fluorescencja rentgenowska w ColourLex
8. ↑ Karen Trentelman, Koen Janssens, Geert van der Snickt, Yvonne Szafran, Anne T. Woollett, Joris Dik: Staruszek w stroju wojskowym Rembrandta: ponownie zbadany obraz. W: Applied Physics A. Listopad 2015, tom 121, nr 3, s. 801-811.
9. ↑ Joris Dik, Koen Janssens, Geert Van Der Snickt, Luuk van der Loeff, Karen Rickers, Marine Cotte: Wizualizacja zaginionego obrazu Vincenta van Gogha przy użyciu mapowania pierwiastkowego fluorescencji rentgenowskiej opartej na promieniowaniu synchrotronowym . W: Chemia analityczna . taśma 80 , nie. 16 sierpnia 2008, s. 6436-6442 , doi : 10.1021/ac800965g .