Fluorescencia de rayos X (XRF) μEnciclopedia

El número atómico o número de protones (símbolo Z) de un elemento químico es el número de protones que se encuentran en el núcleo de cada átomo de ese elemento. El número atómico identifica de forma única a un elemento químico. Es idéntico al número de carga del núcleo. En un átomo sin carga, el número atómico también es igual al número de electrones.

Contribución de los rayos X de Bremsstrahlung a los recuentos de rayos X bajo un pico de rayos X elemental característico.

Cuando los rayos X interactúan con muestras de número atómico promedio bajo (por ejemplo, polietileno u otros materiales de baja densidad), los rayos X pueden dispersarse hacia el detector del instrumento y observarse como parte del componente de fondo de un espectro.

Procede de la mitad superior del volumen de interacción (400 nm superiores) y proporciona información sobre el número atómico (Z).

Refleja el flujo de electrones en el haz primario del microscopio electrónico. La magnitud del flujo de electrones en el haz de electrones es directamente proporcional al número de rayos X generados a partir de la muestra y al número de recuentos de rayos X (intensidades) registrados en el espectro de rayos X. El aumento de la corriente del haz aumentará el número de rayos X generados a partir de la muestra, pero no cambiará las alturas relativas (intensidades) de los picos de rayos X característicos en el espectro.

Este es el proceso de convertir una imagen en color o en escala de grises en una imagen binaria (B&N).

Una imagen binaria es una imagen digital que tiene solo dos valores posibles para cada píxel. Normalmente, los dos colores que se utilizan para una imagen binaria son el blanco y el negro.

Radiación electromagnética producida por la desaceleración de una partícula cargada cuando es desviada por otra partícula cargada, típicamente un electrón por un núcleo atómico. El término también se utiliza para referirse al proceso de producción de la radiación. Bremsstrahlung tiene un espectro continuo, que se vuelve más intenso y cuya intensidad máxima se desplaza hacia frecuencias más altas a medida que aumenta el cambio de energía de las partículas desaceleradas.

Estos son 'controles' o patrones utilizados para verificar la calidad y la trazabilidad metrológica de los productos, para validar métodos de medición analíticos o para la calibración de instrumentos. Un material de referencia certificado es una forma particular de estándar de medición. Los materiales de referencia son particularmente importantes para la química analítica y el análisis clínico. Dado que la mayoría de la instrumentación analítica es comparativa, requiere una muestra de composición conocida (material de referencia) para una calibración precisa.

Estos rayos X se emiten cuando los electrones de la capa externa llenan una vacante en la capa interna de un átomo, liberando rayos X en un patrón que es "característico" de cada elemento. Los rayos X característicos fueron descubiertos por Charles Glover Barkla en 1909, quien más tarde ganó el Premio Nobel de Física por su descubrimiento en 1917.

La dispersión de Compton, descubierta por Arthur Holly Compton, es la dispersión de un fotón después de una interacción con una partícula cargada, generalmente un electrón. Si resulta en una disminución de la energía (aumento de la longitud de onda) del fotón (que puede ser un fotón de rayos X o rayos gamma), se denomina efecto Compton. Parte de la energía del fotón se transfiere al electrón que retrocede.

En física, un espectro continuo generalmente significa un conjunto de valores alcanzables para alguna cantidad física (como la energía o la longitud de onda) que se describe mejor como un intervalo de números reales, a diferencia de un espectro discreto, un conjunto de valores alcanzables que es discreto. en el sentido matemático, donde hay una brecha positiva entre cada valor y el siguiente.

para espectroscopia de fluorescencia de rayos X, radiotransparente windows son necesarios para proteger los sensores de rayos X y para mantener el vacío. Estos windows puede funcionar como una barrera de gas transparente para tubos y detectores de rayos X. Debido a que los espectros característicos de los elementos de bajo Z ocurren a bajas energías, es necesario que estos elementos delgados windows están hechos de materiales de bajo número atómico.

La ley de Duane-Hunt, que lleva el nombre de los físicos estadounidenses William Duane y Franklin L. Hunt, da la frecuencia máxima de rayos X que puede emitir Bremsstrahlung en un tubo de rayos X acelerando electrones a través de un voltaje de excitación en un objetivo de metal. .

El tiempo dedicado a recolectar rayos X para cada píxel en un mapa elemental. La permanencia mínima en el mapa de EDS es de 50 us, mientras que la máxima es de 100 s. Para Atlas, la permanencia mínima es de 1 ms mientras que la máxima es de 100 s.

La fluorescencia de rayos X de dispersión de energía (EDXRF) es uno de los dos tipos generales de técnicas de fluorescencia de rayos X utilizadas para aplicaciones de análisis elemental. En los espectrómetros EDXRF, todos los elementos de la muestra se excitan simultáneamente y se usa un detector de dispersión de energía en combinación con un analizador multicanal para recolectar simultáneamente la radiación de fluorescencia emitida por la muestra y luego separar las diferentes energías de la radiación característica. de cada uno de los diferentes elementos de la muestra. La resolución de los sistemas EDXRF depende del detector y normalmente oscila entre 125 eV (SDD) y 600 eV (contador proporcional). Las principales ventajas de los sistemas EDXRF son su simplicidad, operación rápida, ausencia de partes móviles y alta eficiencia de la fuente.

En física atómica y química cuántica, la configuración electrónica es la distribución de electrones de un átomo o molécula (u otra estructura física) en orbitales atómicos o moleculares. Por ejemplo, la configuración electrónica del átomo de neón es 1s² 2s² 2p⁶, lo que significa que las subcapas 1s, 2s y 2p están ocupadas por 2, 2 y 6 electrones respectivamente. Las configuraciones electrónicas describen a cada electrón moviéndose independientemente en un orbital, en un campo promedio creado por todos los demás orbitales. Matemáticamente, las configuraciones se describen mediante determinantes de Slater o funciones de estado de configuración. Según las leyes de la mecánica cuántica, para sistemas con un solo electrón, a cada configuración electrónica se le asocia un nivel de energía y, en determinadas condiciones, los electrones son capaces de pasar de una configuración a otra mediante la emisión o absorción de un cuanto de energía. , en forma de fotón.

Un accesorio en la punta de un detector de deriva de silicio (SDD) que evita que los electrones dispersos, del SEM, entren en el detector y causen daños.

El mapeo elemental se basa en la compilación de datos de composición elemental extremadamente específicos en un área de una muestra. Esto normalmente se hace en un SEM o TEM utilizando el análisis EDS. Se recopila una imagen de alta resolución del área de interés junto con los datos de EDS y se correlacionan los dos.

Los espectros XRF generalmente se miden con MCA (Analizadores multicanal) que contienen una variedad de intensidades. Un espectro XRF se puede representar bien con una traza MCA (intensidades por contenedor) siempre que se pueda convertir el número de contenedor en energía. Afortunadamente, la mayoría de los sistemas de medición en uso tienen una relación lineal (calibración) entre el número de contenedores y la energía, y el uso de una traza MCA como espectro XRF es sencillo.

Los picos de escape surgen cuando se registra un pico de elemento fuerte. Su formación se produce dentro del cristal detector. Cuando un fotón incidente pasa a través del volumen del detector y su energía característica es lo suficientemente alta, puede producir un fotoelectrón a partir de una capa interna de un átomo de cristal (Si). Como resultado, el átomo excitado puede emitir un fotón de rayos X de fluorescencia, principalmente un fotón Kα. La mayoría de las veces se reabsorbe contribuyendo así al pulso de carga. Sin embargo, ese fotón también puede escapar del cristal. En ese caso, se lleva la energía definida del Si− Kα. El pulso de carga aparece como correspondiente a una energía fotónica E_inicial - E_Si− Kα y, por lo tanto, aparecen en el espectro como picos espurios separados.

El método FP es un método de cálculo de primeros principios de la concentración de elementos químicos a partir de los espectros XRF medidos utilizando los FP, como los coeficientes de absorción de rayos X, los rendimientos de fluorescencia, las relaciones de salto, las relaciones de ramificación y el espectro incidente del tubo de rayos X. .

En una distribución, el ancho total a la mitad del máximo (FWHM) es la diferencia entre los dos valores de la variable independiente en la que la variable dependiente es igual a la mitad de su valor máximo. En otras palabras, es el ancho de una curva de espectro medido entre aquellos puntos en el eje y que son la mitad de la amplitud máxima. Este valor determina la resolución del pico y, con la configuración adecuada, las capacidades de resolución del detector. Este valor se reporta en eV.

Subrutina de software que contiene los parámetros utilizados para configurar las diversas opciones de deconvolución gaussiana utilizadas para extraer las intensidades máximas netas de un espectro con picos superpuestos. Hay dos opciones para el método gaussiano, que son la deconvolución lineal o no lineal. Deconvolución no lineal para calcular automáticamente el factor de ganancia, la compensación y el FWHM.

El mejor límite de detección posible, calculado a partir de una muestra “limpia”, es decir, sin interferencias

Dado que la intensidad de la señal XRF para cada especie atómica se correlaciona directamente con la cantidad de átomos presentes, la señal XRF se puede usar como una medida directa de la composición y/o el grosor de los materiales. La intensidad es la cantidad de rayos X producidos por unidad de tiempo, que generalmente se informa como conteos por segundo (cps).

En física y química, la energía de ionización (IE) es la energía mínima necesaria para eliminar el electrón más débilmente unido de un átomo o molécula gaseosa neutra aislada. Se expresa cuantitativamente como X_(G) + energía ⟶ X⁺_(G) + Y^- donde X es cualquier átomo o molécula, X⁺ es el ion resultante cuando el átomo original fue despojado de un solo electrón, y e^- es el electrón removido. La energía de ionización es positiva para los átomos neutros, lo que significa que la ionización es un proceso endotérmico. En términos generales, cuanto más cerca están los electrones más externos del núcleo del átomo, mayor es la energía de ionización del átomo. En física, la energía de ionización se suele expresar en electronvoltios (eV) o julios (J). En química, se expresa como la energía para ionizar un mol de átomos o moléculas, generalmente como kilojulios por mol (kJ/mol) o kilocalorías por mol (kcal/mol).

Los rayos X característicos se producen cuando un elemento es bombardeado con partículas de alta energía (como fotones). Cuando la partícula incidente golpea un electrón ligado en un átomo, un electrón objetivo es expulsado de la capa interna del átomo. Una vez expulsado el electrón, el átomo queda con un nivel de energía vacante, también conocido como agujero central. Los electrones de la capa externa luego caen en la capa interna, emitiendo fotones cuantificados con un nivel de energía equivalente a la diferencia de energía entre los estados superior e inferior. Las líneas de emisión K-alfa resultan cuando un electrón pasa a una vacante en la capa "K" más interna (número cuántico principal n = 1) desde el orbital ap de la segunda capa "L" (n = 2), dejando una vacante allí.

El método de los mínimos cuadrados es un enfoque estándar en el análisis de regresión para aproximar la solución de sistemas sobredeterminados (conjuntos de ecuaciones en los que hay más ecuaciones que incógnitas) al minimizar la suma de los cuadrados de los residuos (siendo un residuo: la diferencia entre un valor observado y el valor ajustado proporcionado por un modelo) en los resultados de cada ecuación individual. La aplicación más importante es en el ajuste de datos. El mejor ajuste en el sentido de los mínimos cuadrados minimiza la suma de los residuos al cuadrado.

El límite de detección LOD (o límite de detección, DL) es la concentración más baja posible a la que el método puede detectar (pero no cuantificar) el analito dentro de la matriz con cierto grado de confianza. También se define como la concentración más baja que se puede separar de un ruido de fondo con cierta fiabilidad. En las ciencias analíticas, la llamada regla empírica de tres sigma (o regla 3σ) expresa una heurística convencional de que casi todos los valores se toman dentro de tres desviaciones estándar de la media y, por lo tanto, es empíricamente útil para tratar el 99.7% probabilidad como casi certeza.

Los espectros de emisión de rayos X característicos consisten en series espectrales (K, L, M, N…), cuyas líneas tienen un estado inicial común con la vacante en el nivel interior. Todos los niveles de electrones con el número cuántico principal n igual a 1, 2, 3, 4, etc. se denominan niveles K, L, M, N, etc. y se indican con las letras griegas correspondientes y los índices de dígitos. La dependencia de la energía de la línea de emisión de rayos X con el número atómico Z se define mediante la ley de Moseley.

Una medida del período de tiempo en el que el sistema puede aceptar otra señal para su procesamiento. Tiempo en vivo + Tiempo muerto = Tiempo total de adquisición (real). Las causas del tiempo muerto incluyen: el circuito de rechazo de acumulación de picos, el proceso de restablecimiento de FET, el proceso de conversión de la señal y el tiempo del proceso de análisis ADC/MCA.

Por lo general, se considera que los elementos principales son elementos que constituyen más del 1% de una muestra en peso.

El número de píxeles presentes en un mapa elemental independientemente del tamaño del mapa. La resolución del mapa no es lo mismo que la resolución espacial.

Análisis de un espectro comparándolo con espectros de muestra conocidos almacenados. Los espectros de mejor coincidencia generalmente se muestran junto con una métrica de bondad de ajuste. Esta función puede ofrecer resultados cualitativos o rigurosamente cuantitativos (utilizando FP o LS).

El número de píxeles presentes en un mapa elemental independientemente del tamaño del mapa. La resolución del mapa no es lo mismo que la resolución espacial.

Un analizador multicanal (MCA) es un instrumento utilizado en aplicaciones de laboratorio y de campo, para analizar una señal de entrada que consiste en pulsos. Los MCA se utilizan ampliamente para digitalizar varios experimentos de espectroscopia, especialmente aquellos relacionados con la física nuclear, incluidos varios tipos de espectroscopia (espectroscopia alfa, beta, rayos X y gamma).

El procesamiento de imágenes morfológicas es una colección de operaciones no lineales relacionadas con la forma o morfología de las características de una imagen. Las operaciones morfológicas se basan únicamente en el orden relativo de los valores de los píxeles, no en sus valores numéricos y, por lo tanto, son especialmente adecuadas para el procesamiento de imágenes binarias. Las técnicas morfológicas se pueden utilizar para sondear una imagen con una pequeña forma o plantilla denominada elemento estructurante. El elemento estructurante se coloca en todas las ubicaciones posibles de la imagen y se compara con la vecindad de píxeles correspondiente. Algunas operaciones prueban si el elemento "encaja" dentro del vecindario, mientras que otras prueban si "golpea" o cruza el vecindario.

Los modernos procesadores de pulsos digitales (DPP) de alto rendimiento están optimizados para la espectrometría de rayos X. Digitaliza las señales de salida del preamplificador, reemplazando tanto el amplificador de conformación como el MCA en un sistema de espectroscopia analógica tradicional. Los DPP ofrecen varias ventajas claras sobre los sistemas tradicionales, incluido un rendimiento mejorado (resolución muy alta, déficit balístico reducido, mayor rendimiento y estabilidad mejorada), flexibilidad mejorada, bajo consumo de energía, tamaño pequeño y bajo costo.

En química, el análisis cualitativo es la determinación de la composición química de una muestra. Abarca un conjunto de técnicas de química analítica que proporcionan información no numérica sobre una muestra. El análisis cualitativo puede decirle si un átomo, ion, grupo funcional o compuesto está presente o ausente en una muestra, pero no proporciona información sobre su cantidad.

El análisis cuantitativo se refiere a la determinación de cuánto de un componente dado está presente en una muestra. Tales cantidades pueden expresarse en términos de masa, concentración o abundancia relativa de uno o todos los componentes de una muestra.

Dispersión elástica de las líneas características del material del ánodo del tubo de rayos X. Los fotones provenientes del tubo de rayos X cambian de dirección en el material de muestra, sin perder energía, y son detectados y medidos. Los picos del material del ánodo (típicamente rodio) aparecen en el espectro EDXRF. Tenga en cuenta que si el rodio de una muestra se va a analizar con un tubo de rayos X con ánodo de Rh, se recomienda que la radiación característica procedente del tubo sea absorbida por un filtro de haz primario antes de que llegue a la muestra.

Una ROI (Región de interés) es una porción continua del espectro XRF, que generalmente representa un rango de energías correspondientes a un pico particular o línea de emisión de rayos X o familia de líneas. Por lo general, la suma de los conteos en un ROI da el número total de conteos para esa línea de emisión y el fondo debajo de ella. Tradicionalmente, el ROI de cada elemento se procesa, para eliminar el fondo y las superposiciones de picos, para lograr intensidades de ROI "netas" que se pueden correlacionar con la concentración a granel y/o el espesor de la película.

Un microscopio electrónico de barrido (SEM) es un tipo de microscopio electrónico que produce imágenes de una muestra escaneando la superficie con un haz de electrones enfocado. Los electrones interactúan con los átomos de la muestra, produciendo varias señales que contienen información sobre la topografía de la superficie y la composición de la muestra. El haz de electrones se escanea en un patrón de barrido de trama y la posición del haz se combina con la intensidad de la señal detectada para producir una imagen. En el modo SEM más común, electrones secundarios emitidos por los átomos excitados por el haz de electrones se detectan utilizando un detector de electrones secundario (detector Everhart-Thornley). El número de electrones secundarios que se pueden detectar y, por tanto, la intensidad de la señal, depende, entre otras cosas, de la topografía de la muestra.

Los detectores de deriva de silicio (SDD) son detectores de radiación de rayos X que se utilizan en espectrometría de rayos X (XRF y EDS) y microscopía electrónica. Sus principales características en comparación con otros detectores de rayos X son: altas tasas de conteo, resolución de energía comparativamente alta (por ejemplo, 125 eV para la longitud de onda Mn Kα) y enfriamiento termoeléctrico (Peltier). Al igual que otros detectores de rayos X de estado sólido, los detectores de deriva de silicio miden la energía de un fotón entrante por la cantidad de ionización que produce en el material del detector. Esta ionización variable produce una carga variable, que la electrónica del detector mide para cada fotón entrante.

Estos consisten esencialmente en un diodo pin de tipo unión de silicio de 3 a 5 mm de espesor (igual que el diodo PIN) con una polarización de −1000 V a través de él. La parte central con derivación de litio forma la capa i no conductora, donde el Li compensa los aceptores residuales que, de otro modo, formarían la capa de tipo p. Cuando pasa un fotón de rayos X, provoca la formación de un enjambre de pares de agujeros de electrones, y esto provoca un pulso de voltaje. Para obtener una conductividad suficientemente baja, el detector debe mantenerse a baja temperatura y debe utilizarse refrigeración con nitrógeno líquido para obtener la mejor resolución. Con cierta pérdida de resolución, se puede emplear el enfriamiento Peltier mucho más conveniente.

Un espectro (espectros en plural) es una condición que no se limita a un conjunto específico de valores, sino que puede variar, sin espacios, a lo largo de un continuo. La palabra se usó científicamente por primera vez en óptica para describir el arco iris de colores en la luz visible después de pasar por un prisma. A medida que avanzó la comprensión científica de la luz, se aplicó a todo el espectro electromagnético. Por lo tanto, se convirtió en un mapeo de un rango de magnitudes (longitudes de onda) a un rango de cualidades, que son los "colores del arco iris" percibidos y otras propiedades que corresponden a longitudes de onda que se encuentran fuera del espectro de luz visible. En EDXRF y EDS, el espectro observado es una visualización de la salida de un analizador multicanal (MCA) donde los canales son contenedores de recuentos. Cuando se muestra de manera típica, el resultado muestra picos característicos elementales que exhiben una distribución de intensidades gaussiana.

Los picos de suma se deben a la coincidencia de dos fotones con diferentes energías que ingresan al detector. Los picos de suma a menudo se encuentran cuando unos pocos picos grandes de menor energía dominan el espectro. Es importante tener en cuenta que la intensidad de la suma de los picos depende de la tasa de conteo, se pueden reducir y eliminar virtualmente realizando la medición con una intensidad de haz primario más baja.

ZAF es la rutina cuantitativa más común empleada para el análisis elemental en SEM/EDS sistemas La corrección ZAF tiene en cuenta los siguientes tres efectos sobre la intensidad característica de los rayos X cuando se realiza un análisis cuantitativo: 1.) efecto del número atómico (Z), 2.) efecto de absorción (A) y 3.) efecto de excitación de fluorescencia (F) . Estos tres efectos se describen a continuación. ZAF es la abreviatura de los efectos. En general, el efecto de la corrección de absorción (A) es mayor, seguido de la corrección de número atómico (Z) y la corrección de excitación de fluorescencia (F), aunque depende de la especie de muestra y las condiciones de medición.