El análisis de fluorescencia de rayos X (XRF) es uno de los métodos espectroscópicos modernos para estudiar una sustancia con el fin de obtener su composición elemental, es decir, su análisis elemental . Con él se pueden encontrar varios elementos desde el berilio (Be) hasta el uranio (U). El método XRF se basa en la recogida y posterior análisis del espectro que se produce cuando se irradia con rayos X el material objeto de estudio . Al interactuar con fotones de alta energía , los átomos de una sustancia entran en un estado excitado, que se manifiesta en forma de una transición de electrones desde orbitales más bajos a niveles de energía más altos hasta llegar a la ionización del átomo. Un átomo permanece en un estado excitado durante un tiempo extremadamente corto, del orden de un microsegundo, después del cual regresa a una posición tranquila (estado fundamental). En este caso, los electrones de las capas externas llenan las vacantes formadas y el exceso de energía se emite en forma de fotón o la energía se transfiere a otro electrón de las capas externas ( electrón Auger ).[ especificar ] . En este caso, cada átomo emite un fotón con una energía de un valor estrictamente definido, por ejemplo, el hierro , al ser irradiado con rayos X, emite fotones Kα = 6,4 keV. Además, respectivamente, según la energía y el número de cuantos, se juzga la estructura de la sustancia.
Tanto los tubos de rayos X como los isótopos de cualquier elemento pueden utilizarse como fuente de radiación. Dado que cada país tiene sus propios requisitos para la importación y exportación de isótopos emisores, en la producción de equipos de fluorescencia de rayos X, por regla general, recientemente han intentado utilizar un tubo de rayos X. Los tubos pueden ser de rodio o cobre , molibdeno , plata u otro ánodo . El ánodo del tubo, en algunos casos, se selecciona según el tipo de problema (elementos que requieren análisis) para el que se utilizará este dispositivo. Para diferentes grupos de elementos, se utilizan diferentes valores de intensidad de corriente y voltaje en el tubo. Para estudiar elementos livianos, es suficiente establecer un voltaje de 10 kV, para los medianos 20-30 kV, para los pesados - 40-50 kV. Además, al estudiar elementos ligeros, la atmósfera tiene una gran influencia en el espectro, por lo que la cámara con la muestra se vacía o se llena de helio . Después de la excitación, el espectro se registra en un detector especial. Cuanto mejor sea la resolución espectral del detector, con mayor precisión podrá separar los fotones de diferentes elementos entre sí, lo que a su vez afectará la precisión del dispositivo en sí. Corrientemente[ ¿cuándo? ] la mejor resolución posible del detector es de 123 eV.
Después de golpear el detector, el fotón se convierte en un pulso de voltaje, que a su vez es contado por la electrónica de conteo y finalmente transmitido a la computadora. A continuación se muestra un ejemplo de un espectro obtenido mediante el análisis de un mortero de corindón (el contenido de Al 2 O 3 es superior al 98 %, las concentraciones de Ca , Ti son del orden del 0,05 %). A partir de los picos del espectro resultante, se puede determinar cualitativamente qué elementos están presentes en la muestra. Para obtener un contenido cuantitativo preciso, es necesario procesar el espectro obtenido utilizando un programa de calibración especial (calibración cuantitativa del instrumento). El programa de calibración debe crearse primero utilizando muestras estándar cuya composición elemental se conozca con precisión. En pocas palabras, en el análisis cuantitativo , el espectro de una sustancia desconocida se compara con los espectros obtenidos al irradiar muestras estándar, obteniendo así información sobre la composición cuantitativa de la sustancia.
El método de fluorescencia de rayos X se usa ampliamente en la industria y en los laboratorios científicos. Debido a su simplicidad, la posibilidad de análisis rápido, la precisión y la ausencia de preparación de muestras complejas, el alcance de su aplicación continúa ampliándose.
Por primera vez, la descripción del método XRF de análisis cuantitativo fue publicada en 1928 por los científicos Glocker y Schreiber, y el dispositivo fluorescente de rayos X en sí mismo fue creado solo en 1948 por Friedman y Burks. Usó un contador Geiger como detector y mostró suficiente sensibilidad a los números atómicos de los núcleos de los elementos. En la década de 1960, los espectrómetros XRF comenzaron a utilizar un medio de vacío o helio para permitir la detección de elementos ligeros, así como cristales de fluoruro de litio para la difracción y tubos fluorescentes de rayos X de cromo y rodio para la excitación de longitud de onda larga. En la década de 1970, se inventó un detector de deriva de litio-silicio (Si(Li)), que proporcionaba una sensibilidad suficientemente alta sin necesidad de un cristal analizador, sin embargo, tenía una resolución de energía ligeramente peor.
Con la llegada de los ordenadores se automatizó toda la parte analítica y se empezó a realizar el control desde el teclado o panel de instrumentos. Los instrumentos XRF se hicieron tan populares que incluso se incluyeron en las misiones Apolo 15 y 16.
Las naves espaciales interplanetarias modernas también están equipadas con espectrómetros similares, lo que permite determinar la composición química de las rocas en otros planetas.
En los últimos años, ha aparecido un software para el análisis de fluorescencia de rayos X de la composición basado en el método de parámetros fundamentales. La esencia del método consiste en resolver un sistema de ecuaciones diferenciales que relaciona la intensidad de la radiación de rayos X a una determinada longitud de onda con la concentración de un elemento en una muestra (teniendo en cuenta la influencia de otros elementos). Este método es adecuado para el control de calidad de muestras con una composición conocida, ya que se requiere un estándar con una composición similar para la calibración (calibración) del analizador. [una]