Teórico Fluorescencia de Rayos X Arquivo

Fluorescencia de Rayos X
Química Analítica Inorgánica
LOS RAYOS X
Wilhelm Conrad Röntgen
Físico Aleman
El8denoviembrede1895produjo ydetectóla
radiacióneletromagnética (rangodelosRayos
X orayos Röntgen)
Primerpremio NobeldeFísica (1901)
Enhonorasus contribuciones laIUPACnombró
alelemento 111Roentgenium
Investigabalosefectosexternosdetubosdevacío
cuandopasaunadescargaeléctricaatravés
ExperimentóconuntubodeLenard´s conunaventanade
aluminioparaquepudieransalirlosrayoscatódicos
Seadicionóunatarjetaparaprotegeralaluminiodel
campoelectrostático
Röntgen observóquelosrayoscatódicos(invisibles)
producíanfluorescenciaenlatarjeta(pintadacon
platinocianuro debario)
ü2semanasmástardetomólaprimera
imagenusandoRayosX
üTomóuna imagen delamano desu
esposa AnnaBertha
üCuandoviosuesqueletoexclamó
“Hevistomimuerte!!!”
Hoy en día Röntgen es considerado el
padre de la radiología diagnóstica
(especialidad médica que utiliza la
imagenología
para
diagnósticos
médicos)
¿Cómo se generan los rayos X?
Segenerancuandolamateriaesirradiadaporunhazdepartículascargadas
demuchaenergía(porejemploelectrones)– Efectofotoeléctrico
Secalientaunfilamentoparaproducirloselectrones
Éstosseaceleranmedianteuncampoeléctricomuyalto(20-60kV)yson
dirigidosaunobjetivometálico(corrienteeléctrica5-100mA)
Procesomuyineficiente,lamayorpartedelaenergíasepierdecomocalor
PorefectofotoeléctricosegeneranlosRayosXcaracterísticosdel
objetivometalinterpuestoaloselectronesdealtaenergía
FotografíadeunviejotuboderayosX
Longitudtotoal 75cm
Elánodoesdecobre
Elesquemaenfatizalosaspectosprincipalesdeoperacióndeun
tubo
Losrayossongeneradosentodas
direccionesperoseutilizanlosque
salena6ºconrespectoala
superficiedelánodo
EspectrodeenergíaderayosXdelCua
diferenteskV
Lapérdidadeenergíadelose- porcolisionessedapordiferentesmaneras
ElresultadoeslaproduccióndeunespectrocontinuoderayosXconocido
como“radiaciónblanca”.
Lamáximaenergíaperdida(Emax)determinalamenorlongituddeonda
λ(min)que puede serobtenida
Donde:eeslacargadelelectrón
Veselvoltajedeaceleración
hlaconstantedePlank
clavelocidad delaluz
Entonces
VenkV yλ enAngstroms
Radiación característica
Silaenergíadeloselectronesesmayoraciertovalorseobtieneun
segundotipodeespectroquesesuperponealaradiaciónblanca
Radiacióncaracterística
(picosdiscretos)
La energía de los picos
depende del metal utilizado
y se debe a la expulsión de
un electrón de las capas
internas
del
átomo
metálico
Un e- de una capa más
externa baja hasta la
vacante con la emisión del
fotón
de
rayos
X
característico
(diferencia
energética entre los dos
niveles)
Líneascaracterísticasenestetipodeespectro
K,L,M…….Correspondenatransicionesaorbitalesconnúmeros
cuánticos1,2,3…..
Siambosorbitalessonadyacentes(2-1)lalíneasellamaα
Sison(3-1)sellamaβ
ΔEβ > ΔEα
Anode
Cu
Mo
λβ < λα
Kα
1.54184Å
0.71073Å
Kβ
1.39222Å
0.63229Å
üSólosevendoslíneascaracterísticas(Kβ yKα)
üConmejorresoluciónseven3líneas
üKα1 yKα2desdoblamientodelorbitalpdelcobre(LI yLII)
Lastransiciones permitidas sondeterminadas por una serie dereglas de
selección (une- más externo delacapa sodnopuede completar una
capa 1s)
Espectroscopía de rayos X
üEnelinicioseutilizabaunafuentedeelectronescomofuentede
excitación
üLuegosecambióaunafuentederayosXparaproducirlaemisiónde
fluorescenciaderayosXdelamuestra
ApesardealgunasdesventajaslafluorescenciaderayosXesunade
lasherramientasmásusadasparaanálisisdemuestras
Ventajas
üNodestructvia
Enlamayoríadeloscasoslasmuestrasnosedestruyenocambiancuandose
exponenalosrayosX.Portanto,puedenserutilizadasparaotrosanálisis
posteriores.
üPreparaciónmínima
Muchas muestras pueden seranalizadas conpoca osinpreparación previa
üRápida
Esuna técnica rápida que puede determinar composición química ensegundos
üFácil uso
Soncontroladosporsoftware
üRelacióncosto-beneficio
Elcostoesrelativamentebajopormuestraanalizada
Desventajas
üNopuede caracterizar componentes minoritarios
Componentes
Elanálisis por XRFdelamayoría deloselementos traza enla
geología selogra por elcomportamiento delosátomos cuando
interaccionan conlaradiación
Repasando…
üCuandounmaterialesexcitadoconunaradiacióndealta
energía(cortaλ)seioniza
üSilaenergíadelaradiaciónessuficienteparadesplazarunedeunacapainternaelátomosevuelveinestableyune- deuna
capaexternareemplazaelelectrónperdido
ü Cuandoestosucedeseliberaenergía(ele- másinternoestaba
másfuertementeenlazadoqueelmásexterno)
ü Laradiaciónemitidaesdemenorenergíaquelaenergíadelos
rayosXincidentes(radiaciónprimaria)
ü Laradiaciónemitidasellamaradiaciónsecundariao
fluorescenciaderayosX
üLadiferencia deenenergía entrelas
capas es fija ybien conocida
üLaradiación emitida tiene una energía
característica ylafluorescencia resultante
sepuede utilizar para detectar tipo y
abundancia deelementos presente enuna
muestra
El proceso de desplazo de un e- de su
estado basal es llamado excitación
El átomo puede volver de diferentes
maneras a su estado basal uno de
ellos es la Fluorescencia de Rayos X
(XRF)
üSolamente las líneas KyLsontécnicamente
medibles conXRFnodestructiva
üLosrayos Xdemayorintensidad deestas
transiciones sonllamados transiciones α yson
las que semiden enXRF
üUna transición deune- delacapa Lalacapa Kemite radiación Kα1
yKα2
üEsta es latransición conmás frecuencia
üPor lotanto lamás intensa ymás fácil demedir
üAunquelamedidadepicosenXRFparezcasimple,hayalgunas
interferenciasquesedebentenerencuenta
üAlgunasrocasnaturalesconsistendemineralesconaltavariabilidad
decomposiciónyestructura
üInclusolosvidrios(amorfos)tienengranvariedaddeelementos
químicos
üEstavariedadafectalamaneraenquelosfotones(losrayosXen
estecaso)secomportendemanerascomplejas
ü Estascomplejidadesseconocentodascomoefectomatriz
Efectosdesolapamiento
Efectosdeabsorción
Efectos de absorción
üOtroselementospresentesenlamuestraabsorbenlosrayosX
generados– causanreduccióndelaintensidad
üEstaabsorcióntambiénpuedecausaraumentodelaintensidad
debidoafluorescenciasecundariadeellosmismosodeelementos
quecoexisten
üEstosefectossepuedendisminuirmedianteunapreparación
adecuadadelamuestra(polvoenpastillas,muestrassólidaspuliendo)
Selección de la fuente de rayos X
üSeseleccionaunafuentequeemitarayosXlomáscercano(por
encimaenenergía)albordedeabsorcióndelelementodeinterés
Porejemplo:paramedirMg
Kα1=1256.60eV
BuscounmetalquetengaunKα cercanoaesevalor
üGeneralmente sonseleccionados yproporcionados por elfabricante
üConsideraciones:
üLostubosderayosXemitenunamplioBremsstrahlung (desde0hastaX
KeV)
üDebidoaqueelflujoderayosXesproporcionalalnúmeroatómicodel
elementoblanco(metal)sesueleseleccionarelW
üLosblancostambiénpuedenserdemetalesdealtopuntodefusión(Sc,
Ti,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Y,Zr,Mo,Rh,Pd,Ag,WyPt.