Fluorescência de Raios-X (XRF) μEnciclopédia

O número atômico ou número de prótons (símbolo Z) de um elemento químico é o número de prótons encontrados no núcleo de cada átomo desse elemento. O número atômico identifica exclusivamente um elemento químico. É idêntico ao número de carga do núcleo. Em um átomo não carregado, o número atômico também é igual ao número de elétrons.

Contribuição dos raios-X de Bremsstrahlung para a contagem de raios-X sob um pico de raios-X elementar característico.

Quando os raios X interagem com amostras de número atômico médio baixo (por exemplo, polietileno ou outros materiais de baixa densidade), os raios X podem ser espalhados de volta para o detector do instrumento e observados como parte do componente de fundo de um espectro.

Venha da metade superior do volume de interação (400 nm superior) e forneça informações sobre o número atômico (Z).

Reflete o fluxo de elétrons no feixe primário do microscópio eletrônico. A magnitude do fluxo de elétrons no feixe de elétrons é diretamente proporcional ao número de raios X gerados a partir da amostra e ao número de contagens de raios X (intensidades) registradas no espectro de raios X. Aumentar a corrente do feixe aumentará o número de raios X gerados a partir da amostra, mas não alterará as alturas relativas (intensidades) dos picos de raios X característicos no espectro.

Este é o processo de transformar uma imagem colorida ou em tons de cinza em uma imagem binária (P&B).

Uma imagem binária é uma imagem digital que possui apenas dois valores possíveis para cada pixel. Normalmente, as duas cores usadas para uma imagem binária são preto e branco.

Radiação eletromagnética produzida pela desaceleração de uma partícula carregada quando desviada por outra partícula carregada, tipicamente um elétron por um núcleo atômico. O termo também é usado para se referir ao processo de produção da radiação. Bremsstrahlung tem um espectro contínuo, que se torna mais intenso e cujo pico de intensidade se desloca para frequências mais altas à medida que a mudança da energia das partículas desaceleradas aumenta.

São 'controles' ou padrões usados ​​para verificar a qualidade e rastreabilidade metrológica de produtos, validar métodos analíticos de medição ou para calibração de instrumentos. Um material de referência certificado é uma forma particular de padrão de medição. Os materiais de referência são particularmente importantes para a química analítica e a análise clínica. Como a maioria da instrumentação analítica é comparativa, ela requer uma amostra de composição conhecida (material de referência) para uma calibração precisa.

Esses raios X são emitidos quando os elétrons da camada externa preenchem uma vaga na camada interna de um átomo, liberando raios X em um padrão que é "característico" de cada elemento. Os raios X característicos foram descobertos por Charles Glover Barkla em 1909, que mais tarde ganhou o Prêmio Nobel de Física por sua descoberta em 1917.

O espalhamento Compton, descoberto por Arthur Holly Compton, é o espalhamento de um fóton após uma interação com uma partícula carregada, geralmente um elétron. Se resultar em uma diminuição da energia (aumento do comprimento de onda) do fóton (que pode ser um fóton de raios X ou raios gama), é chamado de efeito Compton. Parte da energia do fóton é transferida para o elétron em recuo.

Em física, um espectro contínuo geralmente significa um conjunto de valores atingíveis para alguma quantidade física (como energia ou comprimento de onda) que é melhor descrito como um intervalo de números reais, em oposição a um espectro discreto, um conjunto de valores atingíveis que é discreto. no sentido matemático, onde há um gap positivo entre cada valor e o próximo.

Para espectroscopia de fluorescência de raios-X, radiotransparente windows são necessários para proteger os sensores de raios-X e manter o vácuo. Esses windows pode funcionar como uma barreira de gás transparente para tubos de raios X e detectores. Como os espectros característicos dos elementos de baixo Z ocorrem em baixas energias, é necessário que esses finos windows são feitos de materiais de baixo número atômico.

A lei Duane-Hunt, em homenagem aos físicos americanos William Duane e Franklin L. Hunt, fornece a frequência máxima de raios X que podem ser emitidos por Bremsstrahlung em um tubo de raios X, acelerando elétrons através de uma tensão de excitação em um alvo de metal .

O tempo gasto coletando raios-X para cada pixel em um mapa elementar. O tempo mínimo de permanência no mapa EDS é de 50us, enquanto o máximo é de 100s. Por Atlas, a permanência mínima é de 1ms enquanto a máxima é de 100s.

A fluorescência de raios-X dispersiva de energia (EDXRF) é um dos dois tipos gerais de técnicas de fluorescência de raios-X usadas para aplicações de análise elementar. Nos espectrômetros EDXRF, todos os elementos da amostra são excitados simultaneamente, e um detector dispersivo de energia em combinação com um analisador multicanal é usado para coletar simultaneamente a radiação de fluorescência emitida da amostra e depois separar as diferentes energias da radiação característica de cada um dos diferentes elementos de amostra. A resolução dos sistemas EDXRF depende do detector e normalmente varia de 125 eV (SDD) a 600 eV (contador proporcional). As principais vantagens dos sistemas EDXRF são sua simplicidade, operação rápida, ausência de partes móveis e alta eficiência da fonte.

Na física atômica e na química quântica, a configuração eletrônica é a distribuição de elétrons de um átomo ou molécula (ou outra estrutura física) em orbitais atômicos ou moleculares. Por exemplo, a configuração eletrônica do átomo de neônio é 1s² 2s² 2p⁶, o que significa que as subcamadas 1s, 2s e 2p são ocupadas por 2, 2 e 6 elétrons, respectivamente. As configurações eletrônicas descrevem cada elétron movendo-se independentemente em um orbital, em um campo médio criado por todos os outros orbitais. Matematicamente, as configurações são descritas por determinantes Slater ou funções de estado de configuração. De acordo com as leis da mecânica quântica, para sistemas com apenas um elétron, um nível de energia está associado a cada configuração eletrônica e, em certas condições, os elétrons são capazes de passar de uma configuração para outra pela emissão ou absorção de um quantum de energia. , na forma de um fóton.

Um acessório na ponta de um detector de desvio de silício (SDD) que impede que elétrons espalhados, do SEM, entrem no detector e causem danos.

O mapeamento elementar é baseado na compilação de dados de composição elementar extremamente específicos em uma área de uma amostra. Isso geralmente é feito em um SEM ou TEM usando a análise EDS. Uma imagem de alta resolução da área de interesse é coletada junto com os dados EDS, e os dois são correlacionados.

Os espectros de XRF são normalmente medidos com MCAs (Multi Channel Analyzers) que contém uma série de intensidades. Um espectro de XRF pode ser bem representado com um traço MCA (intensidades por bin) desde que se possa converter o número de bin em energia. Felizmente, a maioria dos sistemas de medição em uso tem uma relação linear (calibração) entre o número de bin e a energia, e o uso de um traço MCA como um espectro de XRF é direto.

Os picos de escape surgem quando um pico de elemento forte é registrado. Sua formação ocorre dentro do cristal detector. Quando um fóton incidente está passando pelo volume do detector e sua energia característica é suficientemente alta, ele pode produzir um fotoelétron de uma camada interna de um átomo de cristal (Si). Como resultado, o átomo excitado pode emitir um fóton de raios X de fluorescência, principalmente um fóton Kα. Na maioria das vezes é reabsorvido contribuindo assim para o pulso de carga. No entanto, esse fóton também pode escapar do cristal. Nesse caso, ele carrega a energia definida do Si− Kα. O pulso de carga aparece como correspondente a uma energia de fóton E_inicial - E_Si− Kα e, portanto, aparecem no espectro como picos espúrios separados.

O método FP é um método de cálculo de primeiros princípios da concentração de elementos químicos a partir dos espectros de XRF medidos usando os FPs, como os coeficientes de absorção de raios X, rendimentos de fluorescência, taxas de salto, taxas de ramificação e o espectro incidente do tubo de raios X .

Em uma distribuição, largura total na metade do máximo (FWHM) é a diferença entre os dois valores da variável independente na qual a variável dependente é igual à metade de seu valor máximo. Em outras palavras, é a largura de uma curva de espectro medida entre os pontos no eixo y que são metade da amplitude máxima. Este valor determina a resolução do pico e, em configurações adequadas, os recursos de resolução do detector. Este valor é relatado em eV.

Sub-rotina de software que contém os parâmetros usados ​​para configurar as várias opções de deconvolução gaussiana usadas para extrair intensidades de pico líquidas de um espectro com picos sobrepostos. Existem duas opções para o método gaussiano, que são a deconvolução linear ou não linear. Deconvolução não linear para calcular automaticamente o Fator de Ganho, Deslocamento e FWHM.

O melhor limite de detecção possível, calculado a partir de uma amostra “limpa”, ou seja, sem interferências

Uma vez que a intensidade do sinal XRF para cada espécie atômica se correlaciona diretamente com o número de átomos presentes, o sinal XRF pode ser usado como uma medida direta da composição e/ou espessura dos materiais. A intensidade é o número de raios-X produzidos por unidade de tempo, que normalmente é relatado como contagens por segundo (cps).

Em física e química, a energia de ionização (IE) é a energia mínima necessária para remover o elétron mais fracamente ligado de um átomo ou molécula gasosa neutra isolada. É expresso quantitativamente como X_(g) + energia ⟶ X⁺_(g) + E^- onde X é qualquer átomo ou molécula, X⁺ é o íon resultante quando o átomo original foi despojado de um único elétron, e e^- é o elétron removido. A energia de ionização é positiva para átomos neutros, o que significa que a ionização é um processo endotérmico. Grosso modo, quanto mais próximos os elétrons mais externos estiverem do núcleo do átomo, maior será a energia de ionização do átomo. Em física, a energia de ionização é geralmente expressa em elétron-volts (eV) ou joules (J). Em química, é expresso como a energia para ionizar um mol de átomos ou moléculas, geralmente como quilojoules por mol (kJ/mol) ou quilocalorias por mol (kcal/mol).

Os raios X característicos são produzidos quando um elemento é bombardeado com partículas de alta energia (como fótons). Quando a partícula incidente atinge um elétron ligado em um átomo, um elétron alvo é ejetado da camada interna do átomo. Depois que o elétron foi ejetado, o átomo fica com um nível de energia vago, também conhecido como buraco no núcleo. Os elétrons da camada externa caem então na camada interna, emitindo fótons quantizados com um nível de energia equivalente à diferença de energia entre os estados superior e inferior. As linhas de emissão K-alfa resultam quando um elétron transita para uma vacância na camada "K" mais interna (número quântico principal n = 1) de um orbital p da segunda camada "L" (n = 2), deixando uma vacância lá.

O método dos mínimos quadrados é uma abordagem padrão em análise de regressão para aproximar a solução de sistemas sobredeterminados (conjuntos de equações em que há mais equações do que incógnitas) minimizando a soma dos quadrados dos resíduos (sendo um resíduo: a diferença entre um valor observado e o valor ajustado fornecido por um modelo) feito nos resultados de cada equação individual. A aplicação mais importante é no ajuste de dados. O melhor ajuste no sentido dos mínimos quadrados minimiza a soma dos resíduos quadrados.

O limite de detecção LOD (ou limite de detecção, DL) é a concentração mais baixa possível na qual o método pode detectar (mas não quantificar) o analito dentro da matriz com certo grau de confiança. Também é definido como a concentração mais baixa que pode ser separada de um ruído de fundo com alguma confiabilidade. Nas ciências analíticas, a chamada regra prática de três sigma (ou regra 3σ) expressa uma heurística convencional de que quase todos os valores estão dentro de três desvios padrão da média e, portanto, é empiricamente útil tratar 99.7% probabilidade como quase certeza.

Os espectros de emissão de raios X característicos consistem em séries espectrais (K, L, M, N…), cujas linhas têm um estado inicial comum com a vacância no nível interno. Todos os níveis de elétrons com o número quântico principal n igual a 1, 2, 3, 4, etc. são nomeados como níveis K, L, M, N etc. e denotados com letras gregas correspondentes e índices de dígitos. A dependência da energia da linha de emissão de raios X no número atômico Z é definida pela lei de Moseley.

Uma medida do período de tempo em que o sistema é capaz de aceitar outro sinal para processamento. Livetime + Deadtime = Tempo Total de Aquisição (real). As causas do Deadtime incluem: circuitos de rejeição de empilhamento de pico, o processo de reinicialização do FET, o processo de conversão de sinal e o tempo do processo de análise ADC/MCA.

Os elementos principais são geralmente considerados elementos que constituem mais de 1% de uma amostra em peso.

O número de pixels presentes em um mapa elementar, independentemente do tamanho do mapa. A resolução do mapa não é o mesmo que a resolução espacial.

Análise de um espectro comparando-o com espectros de amostra conhecidos armazenados. Os espectros de melhor correspondência geralmente são exibidos junto com uma métrica de qualidade de ajuste. Esse recurso pode fornecer resultados qualitativos ou rigorosamente quantitativos (usando FP ou LS).

O número de pixels presentes em um mapa elementar, independentemente do tamanho do mapa. A resolução do mapa não é o mesmo que a resolução espacial.

Um analisador multicanal (MCA) é um instrumento usado em aplicações de laboratório e de campo, para analisar um sinal de entrada que consiste em pulsos. Os MCAs são usados ​​extensivamente na digitalização de vários experimentos de espectroscopia, especialmente aqueles relacionados à física nuclear, incluindo vários tipos de espectroscopia (espectroscopia alfa, beta, raios X e gama).

O processamento morfológico de imagens é uma coleção de operações não lineares relacionadas à forma ou morfologia das características de uma imagem. As operações morfológicas dependem apenas da ordenação relativa dos valores dos pixels, não de seus valores numéricos e, portanto, são especialmente adequadas para o processamento de imagens binárias. Técnicas morfológicas podem ser usadas para sondar uma imagem com uma pequena forma ou modelo chamado elemento estruturante. O elemento estruturante é posicionado em todas as localizações possíveis na imagem e é comparado com a vizinhança de pixels correspondente. Algumas operações testam se o elemento "se encaixa" na vizinhança, enquanto outras testam se ele "atinge" ou cruza a vizinhança.

Os modernos processadores de pulso digital de alto desempenho (DPP) são otimizados para espectrometria de raios-X. Ele digitaliza os sinais de saída do pré-amplificador, substituindo o amplificador de modelagem e o MCA em um sistema de espectroscopia analógica tradicional. Os DPPs oferecem várias vantagens claras em relação aos sistemas tradicionais, incluindo desempenho aprimorado (resolução muito alta, déficit balístico reduzido, maior rendimento e estabilidade aprimorada), flexibilidade aprimorada, baixo consumo de energia, tamanho pequeno e baixo custo.

Em química, a análise qualitativa é a determinação da composição química de uma amostra. Ele engloba um conjunto de técnicas de química analítica que fornecem informações não numéricas sobre uma amostra. A análise qualitativa pode dizer se um átomo, íon, grupo funcional ou composto está presente ou ausente em uma amostra, mas não fornece informações sobre sua quantidade.

A análise quantitativa refere-se à determinação de quanto de um determinado componente está presente em uma amostra. Tais quantidades podem ser expressas em termos de massa, concentração ou abundância relativa de um ou de todos os componentes de uma amostra.

Espalhamento elástico das linhas características do material do ânodo do tubo de raios X. Os fótons provenientes do tubo de raios X mudam de direção no material da amostra, sem perder energia, e são detectados e medidos. Os picos do material anódico (tipicamente ródio) aparecem no espectro EDXRF. Observe que, se o ródio em uma amostra for analisado com um tubo de raios X de ânodo Rh, é aconselhável que a radiação característica proveniente do tubo seja absorvida por um filtro de feixe primário antes de atingir a amostra.

Uma ROI (Região de Interesse) é uma porção contínua do espectro de XRF, geralmente representando uma faixa de energias correspondentes a um determinado pico ou linha de emissão de raios X ou família de linhas. Normalmente, a soma das contagens em um ROI fornece o número total de contagens para essa linha de emissão e o plano de fundo abaixo dela. Tradicionalmente, o ROI de cada elemento é processado - para remover sobreposições de fundo e pico - para fornecer intensidades de ROI "líquidas" que podem ser correlacionadas à concentração em massa e/ou espessura do filme.

Um microscópio eletrônico de varredura (SEM) é um tipo de microscópio eletrônico que produz imagens de uma amostra digitalizando a superfície com um feixe de elétrons focado. Os elétrons interagem com os átomos da amostra, produzindo vários sinais que contêm informações sobre a topografia da superfície e a composição da amostra. O feixe de elétrons é escaneado em um padrão de varredura raster e a posição do feixe é combinada com a intensidade do sinal detectado para produzir uma imagem. No modo SEM mais comum, elétrons secundários emitidos por átomos excitados pelo feixe de elétrons são detectados usando um detector de elétrons secundário (detector de Everhart-Thornley). O número de elétrons secundários que podem ser detectados e, portanto, a intensidade do sinal, depende, entre outras coisas, da topografia do espécime.

Os detectores de desvio de silício (SDDs) são detectores de radiação de raios X usados ​​em espectrometria de raios X (XRF e EDS) e microscopia eletrônica. Suas características principais em comparação com outros detectores de raios-X são: altas taxas de contagem, resolução de energia comparativamente alta (por exemplo, 125 eV para comprimento de onda Mn Kα) e resfriamento termoelétrico (Peltier). Como outros detectores de raios-X de estado sólido, os detectores de desvio de silício medem a energia de um fóton de entrada pela quantidade de ionização que ele produz no material do detector. Essa ionização variável produz carga variável, que a eletrônica do detector mede para cada fóton de entrada.

Estes consistem essencialmente em um diodo pino do tipo junção de silício de 3 a 5 mm de espessura (o mesmo que o diodo PIN) com uma polarização de -1000 V através dele. A parte central com derivação de lítio forma a camada i não condutora, onde o Li compensa os aceitadores residuais que, de outra forma, fariam a camada do tipo p. Quando um fóton de raios X passa, ele causa a formação de um enxame de pares elétron-buraco, e isso causa um pulso de tensão. Para obter uma condutividade suficientemente baixa, o detector deve ser mantido em baixa temperatura e o resfriamento de nitrogênio líquido deve ser usado para obter a melhor resolução. Com alguma perda de resolução, o resfriamento Peltier muito mais conveniente pode ser empregado.

Um espectro (espectros no plural) é uma condição que não se limita a um conjunto específico de valores, mas pode variar, sem lacunas, em um continuum. A palavra foi usada cientificamente pela primeira vez em óptica para descrever o arco-íris de cores na luz visível após passar por um prisma. À medida que a compreensão científica da luz avançava, ela se aplicava a todo o espectro eletromagnético. Tornou-se assim um mapeamento de uma gama de magnitudes (comprimentos de onda) para uma gama de qualidades, que são as "cores do arco-íris" percebidas e outras propriedades que correspondem a comprimentos de onda que estão fora do espectro de luz visível. Em EDXRF e EDS, o espectro observado é uma exibição de uma saída do analisador multicanal (MCA) onde os canais são bins de contagens. Quando exibido de maneira típica, o resultado mostra picos característicos elementares que exibem uma distribuição gaussiana de intensidades.

Os picos de soma são devidos à coincidência de dois fótons com energias diferentes entrando no detector. Os picos de soma são frequentemente encontrados quando alguns grandes picos de energia mais baixa dominam o espectro. É importante notar que a intensidade dos picos de soma é dependente da taxa de contagem, eles podem ser reduzidos e virtualmente eliminados realizando a medição com menor intensidade de feixe primário.

ZAF é a rotina quantitativa mais comum empregada para análise elementar em SEM/EDS sistemas. A correção ZAF leva em consideração os três efeitos a seguir na intensidade característica dos raios X ao realizar a análise quantitativa: 1.) efeito do número atômico (Z), 2.) efeito de absorção (A) e 3.) efeito de excitação de fluorescência (F) . Esses três efeitos são descritos abaixo. ZAF é a abreviatura dos efeitos. Em geral, o efeito da correção de absorção (A) é maior, seguido pela correção de número atômico (Z) e correção de excitação de fluorescência (F), embora dependendo da espécie da amostra e das condições de medição.