XRF (y especialmente EDXRF) es ideal para un análisis elemental cualitativo muy rápido. Normalmente, todos los elementos, desde sodio hasta uranio, pueden detectarse simultáneamente, obteniéndose espectros de buena calidad en segundos/minutos.
La asignación de bandas para un espectro XRF suele ser sencilla, ya que cada pico de elemento ocurre en una posición fija conocida; sin embargo, las bandas solapadas pueden causar confusión, aunque el software moderno tiene esto en cuenta para el marcado de picos.
De manera similar, ciertos picos de artefactos pueden estar presentes en el espectro, incluyendo líneas características dispersadas por Rayleigh y Compton del generador de rayos X, picos causados por difracción de rayos X y picos de suma/escape. El conocimiento de estos es necesario para evitar interpretaciones incorrectas de los resultados.
En general, concentraciones desde el 100% hasta sub-ppm son detectables con XRF, cuyo límite inferior depende de la configuración particular del instrumento.
La XRF es una técnica cuantitativa: la altura máxima de cualquier elemento está directamente relacionada con la concentración de ese elemento dentro del volumen de muestreo. Sin embargo, hay que tener cuidado, ya que dos o más elementos pueden interactuar entre sí, lo que resulta en resultados sesgados. Por ejemplo, los átomos de cloro absorben fuertemente los rayos X fluorescentes (Ka) del plomo; por lo tanto, si hay cloro, la señal de plomo observada será mucho menos intensa de lo esperado para una concentración determinada.
El análisis cuantitativo suele realizarse mediante dos métodos principales, ambos incorporados completamente en el software típico de instrumentos.
Se utilizan algoritmos de software completos basados en la intensidad teórica del haz de rayos X, el ángulo sólido del detector, los efectos matriciales (interacciones elemento-elemento), la superposición de bandas y los fondos espectrales para calcular las concentraciones de elementos en función de las intensidades máximas observadas. La FPM proporciona un método de cuantificación muy rápido y robusto, que funcionará bien para diversas matrices y condiciones experimentales (por ejemplo, voltaje, corriente, tamaño del haz, etc.).
Se utilizan estándares de calibración con concentraciones de elementos conocidas con precisión para generar curvas de calibración (intensidad máxima XRF frente a concentración). Estas curvas se utilizan entonces para calcular concentraciones a partir de espectros observados. Este método funciona extremadamente bien y se recomendaría para la máxima precisión. Sin embargo, no se tienen en cuenta los efectos matriciales, por lo que los estándares de calibración solo pueden usarse para el análisis de muestras con matrices similares (si no idénticas). Por ejemplo, una curva de calibración generada con un conjunto de aleaciones metálicas probablemente dará valores incorrectos al analizar muestras mineralógicas.
Se sabe que los rayos X penetran hasta cierto punto en un material. Para el análisis XRF, la pregunta importante es de qué profundidad dentro de la muestra surge el espectro. Desafortunadamente, esta no es una pregunta sencilla, ya que hay muchos factores en juego.
Los dos puntos principales a considerar son (a) la profundidad de penetración del haz primario de rayos X en la muestra, y (b) la profundidad de escape desde la cual se pueden detectar los rayos X fluorescentes. Ambos están directamente relacionados con la energía de los rayos X: cuanto mayor es la energía de los rayos X, más profundo penetra el rayo X. En general, es razonable suponer que los rayos X penetrarán unos pocos micrómetros hasta varios milímetros, dependiendo de la matriz muestral. En el mejor de los casos, los rayos X fluorescentes serán detectables desde unos pocos milímetros dentro de la muestra, pero en muchas situaciones esto podría reducirse a unos pocos micrómetros o menos.
Los rayos X primarios deben considerarse en dos partes, ambas afectadas por el ajuste de voltaje del generador de rayos X.
En primer lugar, los rayos X característicos del material objetivo del ánodo están a una energía fija. Si la tensión del generador es suficiente para excitar múltiples líneas (por ejemplo, K y L), entonces tanto los rayos X de alta energía (K) como los de baja energía (L) incidirán en la muestra. Normalmente las líneas K serán más intensas, por lo que estas prevalecerán en las consideraciones sobre la penetración. Sin embargo, si el voltaje se reduce hasta tal punto que los rayos X de mayor energía ya no se excitan, entonces los rayos X característicos serán solo líneas L de baja energía; como resultado, la penetración esperada se reducirá considerablemente.
En segundo lugar, deben considerarse las radiografías de Bremsstrahlung (o continuo). Como su nombre indica, estos rayos X tienen un rango de energía continuo (hasta un máximo igual al voltaje de aceleración del generador). El espectro continuo es más intenso hacia el corte de energía más alto; al reducir el voltaje es posible reducir esta "energía media" del continuo y, por tanto, reducir la penetración.
La capacidad de los rayos X fluorescentes para penetrar y escapar de la propia muestra depende nuevamente de su energía, que se relaciona directamente con qué elementos se están detectando. Los elementos más ligeros (por ejemplo, Na, Mg, Al, Si) tienen rayos X de muy baja energía, por lo que serán difíciles de detectar incluso a profundidades relativamente pequeñas dentro de la muestra. Los elementos más pesados (por ejemplo, Cu, Ag, Au) tienen rayos X mucho más energéticos que podrán atravesar grandes distancias dentro de la muestra.
Claramente, la propia composición de muestra también es un factor importante. Cuanto mayor sea la concentración de elementos más pesados que absorben fuertemente, menor será la posibilidad de que los rayos X se escapen desde lo profundo de la muestra.
En resumen, los elementos pesados (es decir, rayos X fluorescentes energéticos) serán detectables relativamente profundo dentro de una matriz muestral compuesta principalmente por elementos ligeros (es decir, baja absorción). Los elementos ligeros (es decir, rayos X fluorescentes de baja energía) solo serán detectables en la superficie de una matriz muestral compuesta por elementos pesados (es decir, fuerte absorción).
Un instrumento típico de micro-XRF como los sistemas XGT incluye una etapa de muestra motorizada de alta precisión, que permite posicionar la muestra con gran precisión bajo el haz de rayos X. Las cámaras de vídeo en color permiten que el operador visualize la muestra. El software típico de instrumentos permite un posicionamiento rápido de las muestras al vincular sin problemas las imágenes de la cámara con el movimiento de la muestra.
Además de alinear manualmente la muestra para que una característica específica pueda analizarse discretamente, también es posible almacenar en el software una lista de posiciones para su análisis. Una vez seleccionadas todas estas y elegido las condiciones de medición, la etapa motorizada se desplazará a cada posición por turno, adquiriendo un espectro en cada una antes de pasar a la siguiente.
De este modo, diferentes características visuales a lo largo de la muestra pueden analizarse automáticamente con facilidad, o de hecho, varias muestras distribuidas en la etapa de muestra pueden analizarse sucesivamente. De este modo, las mediciones repetidas que consumen mucho tiempo se realizan automáticamente, dejando al operador del instrumento libre para otras actividades.
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