Analiza prin fluorescență cu raze X (XRF) este una dintre metodele spectroscopice moderne de studiere a unei substanțe pentru a obține compoziția sa elementară, adică analiza elementară . Cu acesta, pot fi găsite diverse elemente de la beriliu (Be) la uraniu (U). Metoda XRF se bazează pe colectarea și analiza ulterioară a spectrului care apare atunci când materialul studiat este iradiat cu raze X. Când interacționează cu fotonii de înaltă energie , atomii unei substanțe intră într-o stare excitată, care se manifestă sub forma unei tranziții a electronilor de la orbitalii inferiori la niveluri de energie mai înalte până la ionizarea atomului. Un atom rămâne într-o stare excitată pentru un timp extrem de scurt, de ordinul unei microsecunde, după care revine într-o poziție de liniște (starea fundamentală). În acest caz, electronii din învelișurile exterioare umplu locurile vacante formate, iar excesul de energie este fie emis sub formă de foton, fie energia este transferată unui alt electron din învelișurile exterioare ( electron Auger )[ specificați ] . În acest caz, fiecare atom emite un foton cu o energie de o valoare strict definită, de exemplu, fierul , atunci când este iradiat cu raze X, emite fotoni Kα = 6,4 keV. Mai departe, respectiv, în funcție de energia și numărul de cuante, se judecă structura substanței.
Atât tuburile cu raze X, cât și izotopii oricărui element pot fi utilizați ca sursă de radiație. Deoarece fiecare țară are propriile cerințe pentru importul și exportul de izotopi emitenți, în producția de echipamente de fluorescență cu raze X, de regulă, au încercat recent să folosească un tub cu raze X. Tuburile pot fi fie rodiu , fie cupru , molibden , argint sau alt anod . Anodul tubului, în unele cazuri, este selectat în funcție de tipul de problemă (elementele care necesită analiză) pentru care va fi utilizat acest dispozitiv. Pentru diferite grupuri de elemente, sunt utilizate diferite valori ale intensității curentului și tensiunii de pe tub. Pentru a studia elementele ușoare, este suficient să setați o tensiune de 10 kV, pentru cele medii 20-30 kV, pentru cele grele - 40-50 kV. În plus, atunci când se studiază elementele ușoare, atmosfera are o mare influență asupra spectrului, astfel încât camera cu proba este fie evacuată, fie umplută cu heliu . După excitare, spectrul este înregistrat pe un detector special. Cu cât rezoluția spectrală a detectorului este mai bună, cu atât mai precis va putea separa fotonii de la diferite elemente unul de celălalt, ceea ce, la rândul său, va afecta acuratețea dispozitivului în sine. În prezent[ când? ] cea mai bună rezoluție posibilă a detectorului este 123 eV.
După lovirea detectorului, fotonul este convertit într-un impuls de tensiune, care, la rândul său, este numărat de electronica de numărare și în final transmis computerului. Mai jos este un exemplu de spectru obţinut prin analiza unui mortar de corindon (conţinutul de Al 2 O 3 este mai mare de 98%, concentraţiile de Ca , Ti sunt de aproximativ 0,05%). Din vârfurile spectrului rezultat, se pot determina calitativ care elemente sunt prezente în probă. Pentru a obține un conținut cantitativ precis, este necesară prelucrarea spectrului obținut folosind un program special de calibrare (calibrarea cantitativă a instrumentului). Programul de calibrare trebuie creat mai întâi folosind mostre standard a căror compoziție elementară este cunoscută cu precizie. Mai simplu spus, în analiza cantitativă , spectrul unei substanțe necunoscute este comparat cu spectrele obținute prin iradierea probelor standard, obținându-se astfel informații despre compoziția cantitativă a substanței.
Metoda fluorescenței cu raze X este utilizată pe scară largă în industrie și laboratoare științifice. Datorită simplității sale, posibilității de analiză expresă, acurateței și absenței pregătirii complexe a probelor, domeniul de aplicare al acesteia continuă să se extindă.
Pentru prima dată, descrierea metodei XRF de analiză cantitativă a fost publicată în 1928 de oamenii de știință Glocker și Schreiber, iar dispozitivul fluorescent cu raze X în sine a fost creat abia în 1948 de Friedman și Burks. El a folosit un contor Geiger ca detector și a arătat suficientă sensibilitate la numerele atomice ale nucleelor elementelor. În anii 1960, spectrometrele XRF au început să utilizeze un mediu de vid sau heliu pentru a permite detectarea elementelor luminoase, precum și să folosească cristale de fluorură de litiu pentru difracție și tuburi fluorescente cu raze X de crom și rodiu pentru excitația cu lungime de undă lungă. În anii 1970, a fost inventat un detector de deriva de siliciu litiu (Si(Li)), oferind o sensibilitate suficient de mare fără a fi nevoie de un cristal de analiză, având totuși o rezoluție energetică puțin mai slabă.
Odată cu apariția computerelor, întreaga parte analitică a fost automatizată și controlul a început să fie efectuat de la tastatură sau de la panoul de instrumente. Instrumentele XRF au devenit atât de populare încât au fost chiar incluse în misiunile Apollo 15 și 16.
Navele spațiale interplanetare moderne sunt, de asemenea, echipate cu spectrometre similare, ceea ce face posibilă determinarea compoziției chimice a rocilor de pe alte planete.
În ultimii ani a apărut un software pentru analiza fluorescenței cu raze X a compoziției pe baza metodei parametrilor fundamentali. Esența metodei constă în rezolvarea unui sistem de ecuații diferențiale care raportează intensitatea radiației X la o anumită lungime de undă cu concentrația unui element dintr-o probă (ținând cont de influența altor elemente). Această metodă este potrivită pentru controlul calității probelor cu o compoziție cunoscută, deoarece este necesar un standard cu o compoziție similară pentru calibrarea (calibrarea) analizorului. [unu]