Technika analityczna XRF – zasada działania

Fluorescencja rentgenowska lub XRF to technika analityczna stosowana od wielu lat do określania składu pierwiastkowego szerokiej gamy materiałów. Są to na przykład stopy metali, minerały i produkty naftowe.

Promienie rentgenowskie stanowią część widma elektromagnetycznego. Znajdują się one po wysokoenergetycznej stronie ultrafioletu i są wyrażane w postaci ich energii w kiloelektronowoltach lub długości fali w nanometrach.

XRF może zazwyczaj analizować pierwiastki od sodu do uranu w stężeniach od części milionowej do wysokoprocentowej zawartości w ciałach stałych, płynach i proszkach.

https://www.youtube.com/watch?v=cAKcOyrt5Vc

Jak działa fluorescencja rentgenowska?
Wszystkie urządzenia XRF są zaprojektowane wokół dwóch głównych komponentów, źródła promieniowania rentgenowskiego, zwykle lampy rentgenowskiej oraz detektora. Pierwotne promienie rentgenowskie są generowane przez źródło i kierowane na powierzchnię próbki, czasami przechodząc przez filtr w celu modyfikacji wiązki promieniowania rentgenowskiego. Gdy wiązka uderza w atomy w próbce, reagują one, generując wtórne promienie rentgenowskie, które są zbierane i przetwarzane przez detektor.

Stabilny atom składa się z jądra i krążących wokół niego elektronów. Elektrony są ułożone w poziomy energetyczne lub powłoki, a różne poziomy energii mogą zawierać różną liczbę elektronów. Kiedy wysokoenergetyczne pierwotne promieniowanie rentgenowskie zderza się z atomem, zaburza jego równowagę.

Elektron jest wyrzucany z niskiego poziomu energii i powstaje wakat, co powoduje, że atom jest niestabilny.
Aby przywrócić stabilność, w tę lukę wpada elektron z wyższego poziomu energetycznego. Nadmiar energii uwalniany podczas przemieszczania się elektronu między dwoma poziomami jest emitowany w postaci wtórnego promieniowania rentgenowskiego. Energia emitowanego promieniowania rentgenowskiego jest charakterystyczna dla każdego pierwiastka.
Dzięki temu, XRF dostarcza informacji jakościowych o mierzonej próbce.

Jednak XRF jest również techniką ilościową.

Promienie rentgenowskie emitowane przez atomy w próbce są zbierane przez detektor i przetwarzane w analizatorze w celu wygenerowania widma pokazującego piki intensywności promieniowania rentgenowskiego w funkcji ich energii.
Jak widzieliśmy, energia szczytowa identyfikuje element. Jego powierzchnia lub intensywność piku wskazuje na jego ilość w próbce.
Analizator następnie wykorzystuje te informacje do obliczenia składu pierwiastkowego próbki.
Cały proces od naciśnięcia przycisku start lub spustu do uzyskania wyników analizy może trwać zaledwie dwie sekundy lub może zająć kilka minut.

Dlaczego ludzie wybierają technikę XRF?

W porównaniu z innymi technikami analitycznymi XRF ma wiele zalet.
Pomiar zajmuje niewiele czasu i szybki. Mierzy szeroki zakres pierwiastków i stężeń w wielu różnych rodzajach materiałów. Jest nieniszczący i nie wymaga przygotowania próbki lub wymaga bardzo niewielkiego przygotowania próbki, a także jest dość tani w porównaniu z innymi technikami (praktycznie nie wymaga materiałów zużywalnych). Wiele spektrometrów XRF ma kompaktową ergonomiczną budowę.
Dlatego tak wiele osób na całym świecie używa XRF na co dzień do analizy materiałów.