¿Qué es un Analizador de Fluorescencia de Rayos X (XRF)?
Los analizadores de fluorescencia de rayos X son aparatos que analizan el contenido de elementos según el espectro de fluorescencia de rayos X cuando se irradia un objeto con rayos X.
Los analizadores de fluorescencia de rayos X se utilizan para el análisis cualitativo y cuantitativo de sustancias además de método de análisis de la composición de sustancias, ya que puede utilizarse para examinar la muestra sin destruirla.
Los analizadores de fluorescencia de rayos X pueden utilizarse para medir tanto sólidos como líquidos y, como método de análisis cualitativo, son equipos de inspección muy fiables debido a su sensibilidad relativamente alta.
Usos de los Analizadores de Fluorescencia de Rayos X (XRF)
Los analizadores de fluorescencia de rayos X pueden realizar análisis cualitativos y cuantitativos de muestras, tanto sólidas como líquidas, de forma no destructiva. Se utilizan especialmente para determinar la presencia y el contenido de metales tóxicos en materiales de aleación y suelos.
Por ejemplo, el análisis por rayos X es útil para investigar la composición de materiales de composición desconocida, como rocas y meteoritos. Recientemente, el cableado impreso se está haciendo libre de halógenos desde la perspectiva de la protección del medio ambiente y la seguridad, y los analizadores de fluorescencia de rayos X (XRF) se utilizan para garantizarlo. Otras aplicaciones incluyen la determinación cualitativa y cuantitativa de sustancias químicas peligrosas, que se utilizan para analizar las sustancias especificadas en la Directiva RoHS. También existen instrumentos portátiles que se pueden transportar fácilmente y tienen una gama de aplicaciones cada vez mayor.
Principios de los Analizadores de Fluorescencia de Rayos X (XRF)
Los analizadores de fluorescencia de rayos X miden la longitud de onda (o energía) y la intensidad de la fluorescencia de rayos X emitida cuando se irradia un objeto con rayos X.
Cuando se irradia una sustancia con rayos X, sus átomos absorben energía y se excitan, emitiendo fluorescencia de rayos X. Como la longitud de onda (o energía) de la fluorescencia de rayos X es única para cada elemento, es posible identificar el tipo de sustancia a partir de la longitud de onda del espectro de fluorescencia de rayos X detectado y cuantificarla a partir de su intensidad.
Un analizador de fluorescencia de rayos X consta de una fuente de rayos X que genera rayos X, una cámara de muestras que contiene la muestra y una unidad de detección que espectroscopia y detecta la fluorescencia de rayos X generada.
En la fuente de rayos X, los haces de electrones generados mediante la aplicación de un alto voltaje se irradian sobre un blanco, como el tungsteno, para generar rayos X. Los rayos X generados se irradian sobre un blanco, como el tungsteno. Los rayos X generados se irradian sobre la superficie superior o inferior de la muestra. En ese momento, la atmósfera de la cámara de muestras puede seleccionarse entre atmósfera, nitrógeno o vacío.
En los analizadores de fluorescencia de rayos X con modo de observación de la muestra, la posición de irradiación puede seleccionarse mientras se observa la muestra. La fluorescencia elemental de rayos X emitida por la muestra es detectada por el detector y analizada cualitativamente. En el análisis cuantitativo, se mide la intensidad de la fluorescencia de rayos X y se determina el contenido utilizando una curva de calibración o el método del parámetro fundamental (método FP).
Existen dos tipos de espectroscopia y métodos de detección para los analizadores de fluorescencia de rayos X: de longitud de onda dispersiva y de energía dispersiva.
1 Analizadores de Fluorescencia de Rayos X de Energía Dispersiva (XRF)
Los analizadores de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva (abreviados como ED-XRF, o EDX, EDS) miden la intensidad de la fluorescencia de rayos X en relación con su energía.
Concretamente, la fluorescencia de rayos X incidente en el detector se convierte en una corriente de impulsos mediante un semiconductor en el detector, se amplifica y, a continuación, se mide la altura de onda a partir del valor de corriente de un impulso. La energía de los rayos X incidentes a partir del valor de corriente es proporcional al valor de corriente, por lo que se obtiene un gráfico de la intensidad de la fluorescencia de rayos X frente a su energía.
2 Analizadores de Fluorescencia de Rayos X de Dispersión por Longitud de Onda (XRF)
Los analizadores de fluorescencia de rayos X de dispersión por longitud de onda (abreviados como WD-XRF, o WDX, WDS) miden la intensidad de la fluorescencia de rayos X en relación con su longitud de onda.
En los analizadores de fluorescencia de rayos X de longitud de onda dispersiva, los rayos X emitidos por la muestra son divididos espectralmente por un cristal monocromador y medidos por un detector. Los rayos X que inciden en el cristal espectroscópico se dispersan fuertemente en una dirección determinada según las condiciones de difracción de Bragg.
Se denomina difracción de Bragg a una ley que establece que cuando la luz de longitud de onda λ incide sobre un material con una separación de red d, se dispersa fuertemente en la dirección del ángulo de difracción 2θ, que satisface 2dsinθ = nλ (θ: ángulo de Bragg n: número entero). En otras palabras, como el espaciado de caras d del cristal monocromador es fijo, sólo se detectan rayos X de una longitud de onda cuando el detector está en la dirección del ángulo de difracción 2θ, aunque incidan rayos X de varias longitudes de onda. Si se gira el detector para medir la fluorescencia de rayos X en un ángulo amplio, se puede obtener un gráfico de la intensidad de la fluorescencia de rayos X frente a la longitud de onda de la fluorescencia de rayos X.
Más Información sobre Analizadores de Fluorescencia de Rayos X (XRF)
Características de Dispersión de Energía y de Dispersión de Longitud de Onda
Los métodos de detección de energía dispersiva y de longitud de onda dispersiva tienen cada uno sus propias características y deben seleccionarse adecuadamente para la aplicación.
1 Tipo Dispersivo de Energía
Los detectores de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva no requieren espectroscopia y pueden miniaturizarse, ya que el detector semiconductor puede analizar directamente la longitud de onda de la fluorescencia de rayos X. También permite realizar varios tipos de análisis elementales a la vez sin necesidad de espectroscopia, lo que hace posible realizar mediciones en poco tiempo. Como las mediciones pueden realizarse con independencia de la forma o las irregularidades de la muestra, a veces se utilizan junto con microscopios electrónicos.
Por otro lado, presentan desventajas, como el solapamiento de los picos espectrales y la baja resolución, así como la dificultad para detectar elementos que sólo están presentes en bajas cantidades en el objeto de medición.
2 Tipo Dispersivo en Longitud de Onda
En la espectroscopia de fluorescencia de rayos X de longitud de onda dispersiva, la fluorescencia de rayos X es dividida espectralmente por un cristal espectroscópico y medida por un detector. Como la espectroscopia se basa en longitudes de onda, los picos adyacentes se pueden separar fácilmente, y la sensibilidad y la resolución tienden a ser altas.
Por otro lado, el equipo en sí tiende a ser grande y caro debido al complejo sistema espectral. Además, la medición lleva más tiempo que el tipo dispersivo de energía porque el ángulo de difracción varía, y la superficie de la muestra debe ser lisa.