Les Bases de l’Analyse Élémentaire avec la XRF – Questions & Réponses

La XRF est-elle une technique de surface ?

La XRF est une technique d’analyse élémentaire qui peut quantifier de nombreux éléments dans un échantillon. Les photons caractéristiques de rayons X produits dans l’échantillon ont une énergie spécifique (keV) et sur le chemin vers le détecteur, sont absorbés par d’autres atomes dans l’échantillon. La profondeur de l’information dépend de l’énergie de l’élément d’intérêt et du type d’échantillon (numéro atomique moyen). Cette profondeur varie d’un micromètre à quelques centimètres. Par exemple, la profondeur de l’information du magnésium (Mg-Ka) dans un échantillon de laiton est de 1 micromètre et dans le sol, elle est de 11 microns, tandis que la profondeur de l’information de l’étain (Sn-Ka) dans un échantillon de laiton est de 0,3 mm et dans le sol, elle est de 14 mm. Par conséquent, pour les éléments à basse énergie, la qualité de la surface de l’échantillon devient importante.

Dans certains cas, la XRF est non-destructive lorsque l’échantillon peut être analysé sans aucune préparation et analysé avec un instrument EDXRF de paillasse à faible puissance. Ensuite, l’échantillon est toujours intact après la mesure. Pour obtenir le résultat le plus précis, une préparation de l’échantillon est conseillée et puis la technique XRF ne peut être considérée comme non-destructive.

D’un autre côté, lorsqu’un échantillon est mesuré avec la XRF, le même échantillon peut être utilisé pour une analyse ultérieure par toute autre technique d’analyse.  

La XRF est une technique analytique qui peut être utilisée pour déterminer la composition chimique d’une grande variété de types d’échantillons, y compris les solides, les liquides, les boues et les poudres en vrac. La XRF est également utilisée pour déterminer l’épaisseur et la composition des couches et des revêtements et peut être facilement utilisée pour le dépistage rapide (semi-quantitatif). Elle peut analyser des éléments du béryllium (Be) à l’américium (Am) dans des plages de concentration de 100 % en poids jusqu’à des niveaux inférieurs au ppm. L’analyse XRF est une technique robuste, combinant une haute précision et exactitude avec une préparation d’échantillon simple et rapide. Aucun acide ni produit chimique n’est nécessaire car les échantillons n’ont pas besoin d’être dissous dans un liquide ni d’être dilués.

La XRF a également ses limites. La XRF est une technique d’analyse élémentaire et, par conséquent, elle quantifie la concentration totale de chaque élément dans un échantillon. La XRF ne peut pas distinguer entre différents oxydes. La XRD serait une méthode appropriée pour cela.

La XRF peut quantifier des éléments entre 100 % en poids jusqu’à des niveaux inférieurs au ppm. Quantifier des éléments aux niveaux de concentration inférieurs au ppb ou ppt n’est pas possible avec la XRF, même si des mesures plus longues sont appliquées.

Les instruments XRF peuvent fonctionner sans hélium. Lors de l’analyse de liquides dans les instruments WDXRF sur pied, l’hélium est nécessaire. Les instruments EDXRF de paillasse qui peuvent fonctionner sous l’atmosphère d’air n’ont pas besoin d’hélium, même pour analyser des liquides. Parfois, l’hélium est utilisé pour analyser des éléments à faible énergie (entre F et Cl) dans tout échantillon pour augmenter la sensibilité.

La XRF est une technique d’analyse élémentaire et, par conséquent, elle quantifie la concentration totale de chaque élément dans un échantillon. La XRF ne peut pas distinguer entre différents oxydes. La XRD serait une méthode appropriée pour cela.

La durée de vie moyenne d’un instrument XRF typique serait d’environ 10 ans. La durée de vie dépend des conditions de travail de l’instrument, de la façon dont il est traité au quotidien et de la fréquence à laquelle le service a été effectué. Certains d’entre eux sont beaucoup plus vieux que 10 ans, allant jusqu’à 25 ans pour les instruments WDXRF sur pied.

Quelle technique est la meilleure pour analyser le C ?

Par rapport à l’EDXRF, le WDXRF est beaucoup mieux adapté pour analyser les éléments à faible énergie (B jusqu’à Na). Lors de l’analyse du carbone avec des instruments WDXRF sur pied, une puissance d’au moins 4 kW est nécessaire. L’utilisation d’un cristal d’analyse dédié (PX4) et d’un collimateur grossier (4000 µm) améliorera davantage la sensibilité pour le carbone.   

Certains des instruments EDXRF de paillasse comme l’Epsilon 4 peuvent analyser les éléments à basse énergie C, N et F. Par rapport à la WDXRF, les limites de détection sont moins optimales. Des limites de détection typiques de quelques % en poids peuvent être attendues. Puisque les éléments d’intérêt ont une énergie très faible, la profondeur de l’information est inférieure à un micromètre. Alors, la qualité de la surface de l’échantillon devient importante et donc la préparation de l’échantillon.

L’avantage de l’EDXRF par rapport à la WDXRF est lors de l’analyse des éléments à haute énergie (entre Ca et Sn). De plus, la résolution des éléments dans le spectre XRF (= la séparation des pics) devient meilleure que la WDXRF dans les hautes énergies pour les éléments entre Mo et Sn. Mais le débit de l’échantillon, la précision des résultats, l’infrastructure (espace au sol) et le budget sont également des facteurs à prendre en compte.

Au sein de Malvern Panalytical, un instrument WDXRF sur pied (Zetium) a la possibilité d’inclure la technologie EDXRF pour bénéficier des avantages des deux techniques. Ensuite, l’EDXRF et la WDXRF peuvent être utilisés simultanément pour améliorer encore plus la vitesse ou le débit.

Que signifie le terme « Calibrations Universelles » ici ?

On dit qu’une calibration est « Universelle » lorsqu’elle englobe tous (ou un grand nombre de) types d’échantillons présents chez un certain utilisateur. Ces calibrations sont normalement caractérisées par une large plage de concentration pour plusieurs éléments. Cela peut être réalisé en analysant des perles fondues, qui ne présentent pas d’effets minéralogiques ou d’effets de taille de particules. Un tel exemple serait dans le laboratoire d’une cimenterie, une calibration unique pour le Clinker, le Calcaire, le Sable, l’Argile, les Scories et le minerai de Fer, par exemple. De telles calibrations à large gamme, avec des matrices très différentes, ne sont pas possibles avec des pastilles pressées.

L’homogénéité d’un échantillon peut être comprise de plusieurs façons, en fonction des paramètres utilisés pour l’évaluation et des variables d’intérêt. En général, pour la spectrométrie XRF (analyse chimique élémentaire), l’homogénéité ne peut être évaluée que de manière expérimentale. Il existe de nombreuses façons d’effectuer ce test et cela dépendra dans une large mesure de variables telles que la distribution de la taille des particules, le nombre de phases présentes, la minéralogie/composition/densité de chaque échantillon, entre autres. Aussi pertinents sont les exigences analytiques telles que la précision, l’exactitude et les limites de détection inférieures pour les analytes souhaités. Après avoir évalué tous ces paramètres, une expérience appropriée peut être conçue pour évaluer l’homogénéité de l’échantillon. Normalement, cela impliquera de prendre plusieurs sous-échantillons de l’échantillon de manière représentative et d’analyser un certain nombre de réplicats pour chacun d’eux. Une analyse statistique appropriée des résultats donnera un aperçu du degré d’homogénéité de l’échantillon.

La meilleure approche pour l’analyse des majeurs, mineurs et traces dans le matériel géologique est d’avoir deux applications différentes : l’une basée sur des perles fondues pour les majeurs et mineurs et l’autre basée sur des pastilles pressées pour les traces. Comme l’analyse des traces est moins affectée par les effets minéralogiques et de taille des particules, les résultats dans les pastilles pressées sont très satisfaisants, tandis que dans les perles fondues, la dilution élevée rend l’analyse des traces normalement impossible.

Si vous avez d’autres questions, n’hésitez pas à contacter votre représentant local de Malvern Panalytical, ou moi directement ici.