Fluorescence des rayons X (XRF)est une technique d’analyse chimique couramment utilisée.Instruments XRFutiliser les rayons X pour"exciter"un matériau afin de caractériser sa composition en identifiant des éléments dans l'échantillon (analyse qualitative) ou en déterminant la résistance d'un élément dans l'échantillon(analyse quantitative).

1. Spectroscopie des rayons X

Nous avons mentionné que les rayons X sont la source d’excitation dans les instruments XRF, mais dans notre définition, ce n’est pas leur objectif principal. Les rayons X caractéristiques sont un sous-produit du processus d’excitation. Pour cela, nous avons besoin d’un peu de connaissances scientifiques. Les rayons X sont un sous-ensemble du spectre électromagnétique, qui couvre tout, depuis les ondes radio jusqu'à la lumière visible.rayons Xet les rayons gamma. Tous les matériaux sont constitués d’atomes et différents atomes sont représentés comme différents éléments dans le tableau périodique.

Les atomes sont constitués de particules subatomiques, notamment de neutrons, de protons et d'électrons. Les protons et les électrons sont chargés, tandis que les neutrons sont"neutre."Véritables bêtes de somme de la chimie, les électrons sont liés aux atomes par la charge protonique de leurs noyaux. Lorsqu'un atome perd un électron, celui-ci est ionisé et la charge atomique attire généralement les noyaux d'autres atomes pour former des liaisons chimiques. La plupart des éléments, en particulier les métaux, ont tendance à se combiner avec l'oxygène et à s'oxyder, comme la rouille sur le fer. Ils peuvent se lier à eux-mêmes pour former un matériau élémentaire, ou trouver des atomes hautement réactifs comme le sodium auxquels se lier, provoquant toutes sortes de dommages. Dans les composés courants, la plupart des éléments se comportent de manière stable par rapport aux autres éléments.

2.Classification des éléments par énergie caractéristique des rayons X

Les électrons gravitent autour du noyau dans une série de couches étiquetées K, L, M, N, etc.

Lorsque la coque interne (faible niveau d’énergie) perd un électron à cause du rayonnement et devient déséquilibrée, les électrons de la coque externe (niveau d’énergie élevé) effectuent une transition vers la coque interne pour maintenir la stabilité. Ce processus de transition électronique émet une quantité spécifique d’énergie dans la gamme des rayons X. Installez un détecteur dans votre instrument pour mesurer ces énergies caractéristiques des rayons X et vous saurez quels éléments se trouvent dans votre matériau. Si vous regardez le tableau périodique deFRX, vous trouverez une série de nombres qui représentent l'énergie des rayons X caractéristiques pour chaque transition de la coque externe à la coque interne, différents éléments ayant des combinaisons uniques de nombres. L'énergie représentée par ces combinaisons de nombres est décrite en termes de kiloélectronvolts (Kev).

3. Résoudre les pics spectraux contradictoires

Si vous regardez les énergies caractéristiques des rayons X des éléments du tableau périodique XRF, vous remarquerez que lorsque vous dépassez le zinc, le nombre de coquille L a une énergie similaire à la coquille K du sodium, et ce phénomène a été répété pour les éléments avec des numéros atomiques inférieurs. Par exemple, le baryum-L (4,467 keV) est presque identique au titane-K (4,508 keV). Les géologues et les agronomes qui étudient les minéraux du sol sont susceptibles d’obtenir une grande quantité d’énergie de la raie L difficile à discerner dans leurs échantillons.

4.Spectrométrie de fluorescence X à dispersion d'énergie

Dispersion d'énergieFRX(EDXRF) instrumentsexciter et détecter tous les éléments, du fluor à l'uranium, en fournissant un spectre énergétique avec des pics d'énergie qui caractérisent les propriétés du matériau. Si l'utilisateur a une certaine connaissance du matériau, il peut ajuster les différentes énergies d'excitation pour sélectionner une plage spectrale plus spécifique ou utiliser des composants de filtre pour éliminer les énergies conflictuelles. Le logiciel XRF peut également utiliser des algorithmes d'ajustement spectral pour aider à calibrer les instruments pour une plus grande précision.

5. Dispersion de longueur d'onde Spectrométrie de fluorescence X

Dans certains cas, l’énergie superposée ne peut tout simplement pas être résolue dans un instrument de dispersion d’énergie. Pour ce faire, nous avons besoin de la loi de Bragg et d'un équipement spécialisé. La loi de Bragg décrit comment les rayons X traversent des plans atomiques parallèles dans un cristal. Une fois l’échantillon excité, les rayons X caractéristiques résultants sont confinés et diffractés à travers la fente (collimateur) selon un motif lumineux parallèle à travers le cristal, qui agit comme un filtre à rayons X haute sensibilité. Dans l'EDXRF, un échantillon contenant du baryum et du titane montrera un large pic d'énergie d'environ 4,5 keV, masquant la présence des deux éléments, tandis que le spectromètre WDXRF sera capable de montrer deux pics distincts des deux éléments.