Rentgenofluorescenční analýza (XRF)

Z Enpedie
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

Princip

Rentgenofluorescenční analýza (XRF) je v praxi nejrozšířenější metodou atomové spektroskopie subvalenčních elektronů, která nachází široké uplatnění především při analýze pevných vzorků. XRF analyzuje pouze povrchovou vrstvu předmětu a tudíž může být výsledek analýzy zkreslen např. korozní vrstvou na povrchu studovaného materiálu.

Schéma vzniku charakteristického rtg. záření v atomu

Principem metody je ionizace atomů vzorku primárním rtg. zářením dopadajícím na analyzovaný vzorek. Při dopadu na analyzovaný vzorek dochází k vyražení elektronů z vnitřních obalových slupek atomů (K, L, M, N) a k přeskokům elektronů z vyšších hladin na uprázdněná místa po uvolněných elektronech, za současného vysílání charakteristického fluorescenčního rtg. záření. XRF je tedy metoda založená na sledování sekundárního rtg. záření a jejím výstupem je čárové spektrum, ve kterém je zobrazen počet pulsů za sekundu pro příslušné vlnové délky, nebo příslušné energie.

Schéma A) energiově-disperzní spektrometr, B) vlnově-disperzní spektrometr

V případě vlastních XRF spektrometrů rozlišujeme dva zásadně odlišné přístupy k analýze a to vlnově-disperzní (WLDXRF) a energiově-disperzní (EDXRF).

Velkou předností XRF je možnost multielementární nedestruktivní analýzy vzorků všech skupenství a to zejména rychlá analýza vzorků pevných. Metoda je vhodná pro kvalitativní i kvantitativní analýzu prvků od 11Na po 92U. Měřící rozsah koncentrací je od jednotek ppm až po 100 %. Pro stanovení lehkých prvků je nezbytné pracovní prostor evakuovat nebo pracovat v heliové atmosféře.

Stejně jako všechny spektrální metody i XRF je metoda závislá na složení matrice vzorku: vliv fyzikálního stavu látky a vliv chemického složení matrice. Z těch fyzikálních je to např. vliv skupenství a granulace vzorku, jeho chemické složení pak ovlivňuje sekundární absorpci charakteristického záření stanovovaného prvku prvky matričními (doprovodnými). Matriční prvky mohou také rušit stanovení svým charakteristickým zářením a absorpcí primárního záření rentgenky.

Pro kvantitativní analýzu prvků je proto nutné použít příslušné standardy se známým obsahem stanovovaných prvků s ohledem na složení matrice. Vedle standardů slitin kovů se vyrábějí standardy různých druhů skel, plastů, atd. V současné době je možná i tzv. bezstandardová metoda, která je založená na vývoji speciálního vyhodnocovacího softwaru zohledňujícího výše uvedené vlivy.

Metoda

Metoda se skládá z následujících kroků:

  1. buzení charakteristického záření
  2. monochromatizace vybuzeného charakteristického záření
  3. detekce záření
  4. vyhodnocení XRF spektra


Buzení

Cílem buzení je vybuzení charakteristického záření prvků přítomných ve vzorku a zahrnuje celou řadu procesů. Nejběžnějším zdrojem pro buzení charakteristického záření je rentgenka. Při buzení rentgenkou se jedná o následující procesy: vznik primárního záření v anodě rentgenky, přechod primárního záření do vzorku, průnik záření do vzorku a výstup charakteristického záření ze vzorku. Nevýhodou použití rentgenky je nutnost chlazení anody. Další možností buzení je buzení radioizotopy. Radioizotopy produkují velmi stabilní záření energeticky vhodné pro buzení středně těžkých a těžkých prvků. Jsou to rozměrově malé zdroje bez nutnosti napájení a proto se používají především u mobilních spektrometrů. Mezi používané radionuklidové zdroje patří např. 241Am, 170Tm, 155Eu, 57Co a 125I. Pro zvýšení účinnosti buzení některých čar prvků, kde není vhodný radionuklid, se využívá ozařování terčů, v kterých je buzeno charakteristické (případně i brzdné) záření a to je následně použito pro buzení charakteristického záření ve vzorku. Speciálními typy měření jsou buzení polarizovaným rtg. zářením a synchrotronovým zářením.

Monochromatizace

Způsob monochromatizace se odvíjí od použité měřící techniky. U XRF spektrometrů pracujících na principu energiově-disperzního přístroje přebírá funkci monochromátoru sám zdroj záření. Ovšem u přístrojů vlnově-disperzních se monochromatizace dosahuje difrakcí na krystalu. Podle úpravy krystalu lze rozlišovat monochromátoru rovinné, zakřivené v jednom směru a zakřivené ve dvou směrech. Jako materiály pro krystaly se používají látky, které mají především velkou rozlišovací schopnost a velkou reflexní mohutnost. Vzhledem k širokým používaným rozsahům nemůže jeden krystal splňovat podmínky pro celý rozsah. Pro těžké a středně těžké prvky (krátké vlnové délky) se používají přírodní monokrystaly jako jsou LiF, NaCl, Ge, pro delší vlnové délky se využívají pseudokrystaly (soli org. kyselin s kationem z kovu s vysokým Z) nebo multivrstevnaté uměle připravené krystaly.

Detekce

Úkolem detektoru je převedení dopadajících fotonů rtg. záření na napěťové pulsy, které jsou dále zpracovávány. K detekci se používají tři základní typy detektorů: plynově proporcionální detektor (ionizační komory, proporcionální detektory a Geiger-Müllerovy trubice), scintilační detektor (NaI(Tl)) a polovodičový detektor (Si(Li)). Rozlišovací schopnost detektorů stoupá v pořadí scintilační, plynově proporcionální a polovodičový detektor. Scintilační a plynově proporcionální detektory se používají u vlnově-disperzních přístrojů, zatímco polovodičové u přístrojů energiově-disperzních.