Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF)

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA ) ist eine Analysemethode, die die Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit einem Material nutzt, um dessen Elementzusammensetzung zu bestimmen. Diese Technik eignet sich für Feststoffe, Flüssigkeiten und Pulver und ist in den meisten Fällen zerstörungsfrei. Die RFA-Spektroskopie ist eine effektive Methode zur qualitativen und quantitativen Analyse der Materialzusammensetzung.

Es gibt im Wesentlichen zwei Hauptmethoden der Röntgenfluoreszenzanalyse: die energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse und die wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzanalyse. Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.

Der Bereich der erkennbaren Elemente variiert je nach Gerätekonfiguration und -aufbau, doch typischerweise deckt die energiedispersive RFA alle Elemente von Natrium bis Uran ab, während die wellenlängendispersive RFA diesen Bereich bis auf Beryllium ausdehnen kann. Die Konzentrationen können zwischen 100 Prozent und ppm und in einigen Fällen sogar unter ppm liegen. Die Nachweisgrenzen hängen vom jeweiligen Element und der Probenmatrix ab, aber in der Regel haben schwerere Elemente bessere Nachweisgrenzen.

Röntgenfluoreszenz wird in vielen Analyselabors weltweit als schnelles Charakterisierungsinstrument in so unterschiedlichen Anwendungsbereichen wie Metallurgie, Forensik, Polymeren, Elektronik, Archäologie, Umweltanalyse, Geologie und Bergbau eingesetzt.

Röntgenstrahlen sind Teil des elektromagnetischen Spektrums und zeichnen sich durch Energien aus, die zwischen Gamma- und Ultraviolettstrahlung liegen. Die Wellenlängen liegen im Allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 10 nm.

Wenn Röntgenstrahlen in eine Substanz eingestrahlt werden, durchdringen einige von ihnen die Substanz und einige werden von der Substanz absorbiert. Die absorbierten Röntgenstrahlen interagieren auf atomarer Ebene innerhalb der Materie und verursachen verschiedene Phänomene wie Streuung und Emission von Photonen, Elektronen und fluoreszierenden Röntgenstrahlen.

Man kann sich die Röntgenfluoreszenz (XRF) als einen einfachen dreistufigen Prozess vorstellen, der auf atomarer Ebene stattfindet:

• Primäre Röntgenstrahlen schlagen ein Elektron aus einem der Orbitale, die den Atomkern einer Substanz umgeben.
• Im Orbital entsteht ein Loch, was zu einer energiereichen, instabilen Konfiguration des Atoms führt.
• Um das Gleichgewicht wiederherzustellen, fällt ein Elektron aus dem äußeren Orbital mit höherer Energie in das Loch. Da es sich hierbei um einen Ort mit niedrigerer Energie handelt, wird die überschüssige Energie in Form von fluoreszierender Röntgenstrahlung abgegeben.

Der Energieunterschied zwischen den herausgeschleuderten und verdrängten Elektronen ist charakteristisch für das Elementatom, in dem der Fluoreszenzprozess stattfindet. Daher hängt die Energie der emittierten Fluoreszenzröntgenstrahlung direkt von dem jeweiligen analysierten Element ab. Es ist diese grundlegende Eigenschaft, die die Röntgenfluoreszenztechnik zu einem so schnellen Analysewerkzeug für die Elementzusammensetzung macht.

Das bei der Analyse verwendete Röntgenfluoreszenzspektrometer (XRF) ist ein Röntgeninstrument, das für routinemäßige chemische Analysen von Sedimenten, Gesteinen, Mineralien und Flüssigkeiten verwendet wird. XRF-Instrumente werden typischerweise für die Massenanalyse größerer Bereiche von Mineralien und Materialien verwendet.

Die von XRF-Spektrometern verwendete Technik ist aufgrund des Verhaltens von Atomen bei der Wechselwirkung mit Strahlung möglich. Wird das Material durch energiereiche, kurzwellige Strahlung angeregt, kann es ionisiert werden. Wenn die Energie hoch genug ist, kann sie ein festsitzendes inneres Elektron lösen. Danach wird das Atom instabil, wodurch ein äußeres Elektron den Platz des fehlenden inneren Elektrons einnimmt und Energie freisetzt.

Ein XRF-Spektrometer besteht aus zwei Hauptkomponenten:

• Röntgenleistung
• Ein Detektor, der empfindlich genug ist, um fluoreszierende Röntgenstrahlen aus einfallendem Licht zu erkennen.

Anschließend sendet das Array Röntgen- oder Gammastrahlen in eine Probe und regt darin Elektronen an. Die inneren Atome werden verdrängt und die Atome, die sie ersetzen, werden aus den darüber liegenden Orbitalschalen herabgelassen. Dadurch verringert sich die Bindungsenergie und die Energiefreisetzung wird als Fluoreszenz bezeichnet.

Der Vorteil der Verwendung von XRF-Analysatoren, ähnlich wie Spektrometern, besteht darin, dass sie diesen Energieausstoß in Echtzeit aufzeichnen. Es gibt viele Techniken zur Probenvorbereitung für die Analyse mit einem XRF-Spektrometer, darunter:

Kurz gesagt ist die Röntgenfluoreszenz (XR) eine zerstörungsfreie Analysetechnik zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von Materialien. XRF-Analysatoren bestimmen die chemische Zusammensetzung einer Probe durch Messung der Fluoreszenz oder sekundären Röntgenstrahlung, die von der Probe emittiert wird, wenn sie durch eine primäre Röntgenquelle angeregt wird.

Diese Technik wird in vielen Analyselabors weltweit als schnelles Charakterisierungstool in so unterschiedlichen Anwendungsbereichen wie Metallurgie, Forensik, Polymeren, Elektronik, Archäologie, Umweltanalyse, Geologie und Bergbau eingesetzt.

Unsere Organisation verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen im Bereich Wissenschaft und Technologie weltweit aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. Zu den zahlreichen Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die wir für Unternehmen in verschiedenen Branchen anbieten, gehören auch Dienstleistungen im Bereich der „Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF)“.