Los fundamentos del análisis elemental con XRF – Preguntas y Respuestas

¿Es XRF una técnica de superficie?

XRF es una técnica de análisis elemental que puede cuantificar muchos elementos en una muestra. Los fotones de rayos X característicos producidos en la muestra tienen energía específica (keV) y en el camino hacia el detector son absorbidos por otros átomos en la muestra. La profundidad de la información depende de la energía del elemento de interés y del tipo de muestra (número atómico promedio). Esta profundidad varía desde un micrómetro hasta unos pocos centímetros. Por ejemplo, la profundidad de información del magnesio (Mg-Ka) en una muestra de latón es de 1 micrómetro y en el suelo es de 11 micrones, mientras que la profundidad de información del estaño (Sn-Ka) en una muestra de latón es de 0.3 mm y en el suelo es de 14 mm. Por lo tanto, para los elementos de baja energía, la calidad de la superficie de la muestra se vuelve importante.

En algunos casos, la XRF es no destructiva cuando la muestra se puede analizar sin ninguna preparación y se analiza con un instrumento EDXRF de mesa de baja potencia. Entonces la muestra aún está intacta después de la medición. Para obtener el resultado más preciso, se recomienda la preparación de muestras y luego la técnica XRF no se puede considerar no destructiva.

Por otro lado, cuando una muestra es medida con XRF, la misma muestra puede ser utilizada para análisis adicional por cualquier otra técnica de análisis.

La XRF es una técnica analítica que puede ser utilizada para determinar la composición química de una amplia variedad de tipos de muestras, incluidos sólidos, líquidos, lodos y polvos sueltos. La XRF también se utiliza para determinar el grosor y la composición de capas y recubrimientos y se puede usar fácilmente para una detección rápida (semi-cuantitativa). Puede analizar elementos desde berilio (Be) hasta americio (Am) en rangos de concentración desde el 100% en peso hasta niveles sub-ppm. El análisis XRF es una técnica robusta, que combina alta precisión y exactitud con una preparación de muestras sencilla y rápida. No son necesarios ácidos ni químicos ya que las muestras no necesitan disolverse en un líquido ni diluirse.

La XRF también tiene sus limitaciones. La XRF es una técnica de análisis elemental y por lo tanto cuantifica la concentración total de cada elemento en una muestra. La XRF no puede distinguir entre diferentes óxidos. La XRD sería un método adecuado para eso.

La XRF puede cuantificar elementos entre el 100% en peso hasta niveles sub-ppm. Cuantificar elementos en los niveles de concentración de ppb o ppt más bajos no es posible con XRF, incluso cuando se aplican mediciones más largas.

Los instrumentos de XRF pueden funcionar sin helio. Al analizar líquidos en los instrumentos WDXRF de pie, se requiere helio. Los instrumentos EDXRF de sobremesa que pueden operar bajo atmósfera de aire no necesitan helio, incluso al analizar líquidos. A veces se utiliza helio al analizar elementos de baja energía (entre F y Cl) en cualquier muestra para aumentar la sensibilidad.

XRF es una técnica de análisis elemental y por lo tanto cuantifica la concentración total de cada elemento en una muestra. XRF no puede distinguir entre diferentes óxidos. XRD sería un método adecuado para eso.

La vida útil promedio de un instrumento XRF típico sería de alrededor de 10 años. La duración depende de las condiciones de trabajo del instrumento, cómo se trata diariamente y cuán frecuente se realiza el servicio. Algunos de ellos son mucho más antiguos que 10 años, llegando hasta 25 años para los instrumentos WDXRF de pie.

¿Qué técnica es mejor para analizar C?

En comparación con EDXRF, WDXRF es mucho más adecuada para analizar los elementos de baja energía (B hasta Na). Al analizar carbono con instrumentos WDXRF de pie, se necesitan al menos 4 kW de potencia. Usar un cristal de análisis dedicado (PX4) y un colimador de curso (4000 µm) mejorará aún más la sensibilidad para el carbono.

Algunos de los instrumentos de mesa EDXRF como Epsilon 4 pueden analizar los elementos de baja energía C, N y F. En comparación con WDXRF, los límites de detección son menos óptimos. Se pueden esperar límites de detección típicos de unos pocos % en peso. Dado que los elementos de interés tienen una energía muy baja, la profundidad de información es de menos de un micrómetro. Entonces la calidad de la superficie de la muestra se vuelve importante y, por lo tanto, la preparación de la muestra.

La ventaja de EDXRF sobre WDXRF es cuando se analizan los elementos de alta energía (entre Ca y Sn). Además, la resolución de los elementos en el espectro de XRF (=separación de picos) se vuelve mejor que WDXRF en las energías más altas para los elementos entre Mo y Sn. Pero el rendimiento de la muestra, la exactitud de los resultados, la infraestructura (espacio en el suelo) y el presupuesto también son factores a tener en cuenta.

Dentro de Malvern Panalytical, un instrumento WDXRF de pie (Zetium) tiene la posibilidad de incluir tecnología EDXRF para disfrutar de los beneficios de ambas técnicas. Entonces, tanto EDXRF como WDXRF pueden usarse simultáneamente para mejorar aún más la velocidad o el rendimiento.

¿Qué se entiende aquí por Calibraciones Universales?

Decimos que la calibración es “Universal” cuando abarca todos (o un gran número de) tipos de muestras presentes en un determinado usuario. Tales calibraciones suelen caracterizarse por un amplio rango de concentración para varios elementos. Esto se puede lograr analizando perlas fundidas, que no presentan efectos mineralógicos o de tamaño de partícula. Un ejemplo de esto sería en el laboratorio de una Planta de Cemento, una única calibración para Clinker, Caliza, Arena, Arcilla, Escorias y mineral de Hierro, por ejemplo. Tales calibraciones de amplio rango, con matrices muy diferentes, no son posibles con pastillas prensadas.

La homogeneidad de una muestra puede entenderse de muchas maneras, dependiendo de los parámetros utilizados para la evaluación y las variables de interés. En general, para la espectrometría XRF (análisis químico elemental), la homogeneidad solo se puede evaluar experimentalmente. Hay muchas maneras de realizar tal prueba y dependerá en gran medida de variables como la distribución del tamaño de partícula, el número de fases presentes, la mineralogía/composición/densidad de cada muestra, entre otros. También son relevantes los requisitos analíticos tales como precisión, exactitud y límites inferiores de detección para los analitos deseados. Después de evaluar todos estos parámetros, se puede diseñar un experimento adecuado para evaluar la homogeneidad de la muestra. Normalmente esto implicará tomar varias sub-alícuotas de la muestra de manera representativa y analizar un cierto número de réplicas para cada una de ellas. Un análisis estadístico adecuado de los resultados proporcionará información sobre el grado de homogeneidad de la muestra.

El mejor enfoque para el análisis de elementos principales, menores y trazas en material geológico es tener dos aplicaciones diferentes: Una basada en perlas fundidas para los principales y menores y otra basada en pastillas prensadas para las trazas. Como el análisis de trazas se ve menos afectado por los efectos mineralógicos y de tamaño de partícula, los resultados en pastillas prensadas son muy satisfactorios, mientras que en perlas fundidas la alta dilución hace que el análisis de trazas sea normalmente imposible.

Si tiene alguna pregunta adicional, no dude en contactar a su representante local de Malvern Panalytical, o a mí directamente aquí.