Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) - und insbesondere die Energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (EDRFA) - eignet sich hervorragend für die sehr schnelle qualitative Elementanalyse. In der Regel können alle Elemente von Natrium bis Uran gleichzeitig nachgewiesen werden, wobei Spektren von guter Qualität innerhalb von Sekunden/Minuten erhalten werden.
Die Bandenzuordnung eines RFA-Spektrums ist in der Regel einfach, da jeder Elementpeak an einer bekannten, festen Position auftritt - überlappende Banden können jedoch zu Verwirrung führen, aber moderne Software berücksichtigt dies bei der Peakbeschriftung.
Ebenso können bestimmte Artefakt-Peaks im Spektrum vorhanden sein, darunter charakteristische Rayleigh- und Compton-Streulinien des Röntgengenerators, durch Röntgenbeugung verursachte Peaks und Summen-/Escape-Peaks. Die Kenntnis dieser Peaks ist notwendig, um eine falsche Interpretation der Ergebnisse zu vermeiden.
Im Allgemeinen können mit der Röntgenfluoreszenzanalyse Konzentrationen von 100 % bis in den sub-ppm-Bereich nachgewiesen werden, wobei die untere Grenze von der jeweiligen Gerätekonfiguration abhängt.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist ein quantitatives Verfahren - die Peakhöhe für jedes Element steht in direktem Zusammenhang mit der Konzentration dieses Elements im Probenvolumen. Es ist jedoch Vorsicht geboten, da zwei oder mehr Elemente miteinander wechselwirken können, was zu verzerrten Ergebnissen führt. Beispielsweise absorbieren Chloratome die fluoreszierenden Röntgenstrahlen (Ka) von Blei stark - wenn also Chlor vorhanden ist, wird das beobachtete Bleisignal viel weniger intensiv sein als für eine bestimmte Konzentration erwartet.
Die quantitative Analyse wird in der Regel mit zwei Hauptmethoden durchgeführt, die beide in der Regel vollständig in die typische Gerätesoftware integriert sind.
Umfassende Softwarealgorithmen, die auf der theoretischen Röntgenstrahlintensität, dem Raumwinkel des Detektors, Matrixeffekten (Element-Element-Wechselwirkungen), Bandenüberlappung und spektralen Untergründen basieren, werden zur Berechnung der Elementkonzentrationen auf der Grundlage der beobachteten Peakintensitäten verwendet. FPM bietet eine sehr schnelle, robuste Quantifizierungsmethode, die für verschiedene Matrizen und Versuchsbedingungen (z. B. Spannung, Stromstärke, Strahlgröße usw.) gut geeignet ist.
Kalibrierungsstandards mit genau bekannten Elementkonzentrationen werden verwendet, um Kalibrierungskurven zu erstellen (XRF-Peakintensität gegen Konzentration). Diese Kurven werden dann zur Berechnung der Konzentrationen aus den beobachteten Spektren verwendet. Diese Methode funktioniert sehr gut und ist für eine optimale Genauigkeit zu empfehlen. Allerdings werden Matrixeffekte nicht berücksichtigt, so dass Kalibrierstandards nur für die Analyse von Proben mit ähnlicher (wenn nicht identischer) Matrix verwendet werden können. Eine Kalibrierungskurve, die mit einer Reihe von Metalllegierungen erstellt wurde, wird bei der Analyse von mineralogischen Proben höchstwahrscheinlich falsche Werte liefern.
Es ist bekannt, dass Röntgenstrahlen bis zu einem gewissen Grad in ein Material eindringen. Für die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist die wichtige Frage, ab welcher Tiefe innerhalb der Probe das Spektrum entsteht. Leider ist dies keine einfache Frage, denn es spielen viele Faktoren eine Rolle.
Die beiden wichtigsten zu berücksichtigenden Punkte sind (a) die Eindringtiefe des primären Röntgenstrahls in die Probe und (b) die Austrittstiefe, ab der fluoreszierende Röntgenstrahlen nachgewiesen werden können. Beides hängt direkt mit der Energie der Röntgenstrahlen zusammen - je höher die Energie der Röntgenstrahlen, desto tiefer dringen die Röntgenstrahlen ein. Im Allgemeinen kann man davon ausgehen, dass die Röntgenstrahlen je nach Probenmatrix einige Mikrometer bis hin zu mehreren Millimetern durchdringen. Im besten Fall sind fluoreszierende Röntgenstrahlen aus einigen Millimetern innerhalb der Probe nachweisbar, aber in vielen Situationen kann dies auf einige Mikrometer oder weniger reduziert werden.
Die primäre Röntgenstrahlung sollte in zwei Teilen betrachtet werden, die beide von der Spannungseinstellung des Röntgengenerators beeinflusst werden.
Zunächst einmal haben die charakteristischen Röntgenstrahlen des Anoden-Targetmaterials eine feste Energie. Wenn die Generatorspannung ausreicht, um mehrere Linien (z. B. K und L) anzuregen, werden sowohl hochenergetische (K) als auch niederenergetische (L) Röntgenstrahlen auf die Probe treffen. Normalerweise sind die K-Linien intensiver, so dass sie bei Überlegungen zur Penetration im Vordergrund stehen. Wird die Spannung jedoch so weit reduziert, dass die höherenergetischen Röntgenstrahlen nicht mehr angeregt werden, dann sind die charakteristischen Röntgenstrahlen nur noch niederenergetische L-Linien - die zu erwartende Penetration wird dadurch stark reduziert.
Zweitens muss die Bremsstrahlung (oder Kontinuumsstrahlung) berücksichtigt werden. Wie ihr Name schon sagt, haben diese Röntgenstrahlen einen kontinuierlichen Energiebereich (bis zu einem Maximum, das der Beschleunigungsspannung des Generators entspricht). Das Kontinuum-Spektrum ist am intensivsten in Richtung des höheren Energie-Cut-Offs - durch Verringerung der Spannung ist es möglich, diese "Durchschnittsenergie" des Kontinuums zu reduzieren und damit die Penetration zu verringern.
Die Fähigkeit von fluoreszierenden Röntgenstrahlen, Proben zu durchdringen und aus ihnen zu entweichen, hängt wiederum von ihrer Energie ab, die direkt damit zusammenhängt, welche Elemente nachgewiesen werden sollen. Die leichteren Elemente (z. B. Na, Mg, Al, Si) haben eine sehr niedrige Energie und sind daher selbst in relativ geringen Tiefen der Probe nur schwer zu erkennen. Schwerere Elemente (z. B. Cu, Ag, Au) haben viel energiereichere Röntgenstrahlen, die in der Lage sind, große Entfernungen innerhalb der Probe zu überwinden.
Natürlich ist auch die Zusammensetzung der Probe selbst ein wichtiger Faktor. Je höher die Konzentration schwerer Elemente ist, die stark absorbieren, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Röntgenstrahlen aus dem Inneren der Probe entweichen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass schwere Elemente (d. h. energiereiche fluoreszierende Röntgenstrahlen) relativ tief in einer Probenmatrix nachweisbar sind, die hauptsächlich aus leichten Elementen besteht (d. h. geringe Absorption). Leichte Elemente (d. h. fluoreszierende Röntgenstrahlen mit niedriger Energie) sind nur an der Oberfläche einer Probenmatrix nachweisbar, die aus schweren Elementen besteht (d. h. starke Absorption).
Ein typisches Mikro-RFA-Gerät wie die XGT-Systeme verfügt über einen hochpräzisen motorisierten Probentisch, mit dem die Probe sehr genau unter dem Röntgenstrahl positioniert werden kann. Farbvideokameras ermöglichen die Visualisierung der Probe durch den Bediener. Die typische Gerätesoftware ermöglicht eine schnelle Probenpositionierung durch nahtlose Verknüpfung der Kamerabilder mit der Probenbewegung.
Neben der manuellen Ausrichtung der Probe, damit ein bestimmtes Merkmal diskret analysiert werden kann, ist es auch möglich, in der Software eine Liste von Positionen für die Analyse zu speichern. Sobald diese ausgewählt und die Messbedingungen festgelegt sind, bewegt sich der motorisierte Tisch nacheinander zu jeder Position und nimmt an jeder ein Spektrum auf, bevor er zur nächsten fährt.
Auf diese Weise können verschiedene visuelle Merkmale der Probe automatisch und einfach analysiert werden, oder es können sogar mehrere Proben, die auf dem Probentisch angeordnet sind, nacheinander analysiert werden. Auf diese Weise werden zeitaufwändige Wiederholungsmessungen automatisch durchgeführt, so dass der Bediener des Geräts Zeit für andere Tätigkeiten hat.
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