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RFA - Röntgenfluoreszenzanalyse
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Anregung im Atom  
 
Analytik
 

Bestimmung der zerstörungsfreien qualitativen und quantitativen atomaren bzw. chemischen Zusammensetzung von festen und flüssigen Stoffen.

 

 

 

 

Röntgenaufnahme einer Mumie
Quelle: Welt der Physik

Homepage Welt der Pysik

Kalialaun, eine Substanz, die große Kristalle bildet
Quelle: Welt der Physik

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Messverfahren
 


Erst 1912 bewies Max von Laue, dass es sich bei Röntgenstrahlung um elektromagnetische Wellen ähnlich denen des Lichts handelt.

Die Materialprobe wird entweder durch polychromatische Röntgenstrahlung, Gamma- oder Ionenstrahlung angeregt (s.u.) .

Dabei werden kernnahe Elektronen von inneren Schalen des Atoms auf weiter außen gelegene gehoben. Beim zurückfallen senden sie eine elementspezifische Floureszensstrahlung aus.

Die Strahlen werden durch einen Analysatorkristall mit bekannten Netzabständen getrennt und ein Detektor misst die Intensität und die spektrale Verteilung. Die Intensität ist ein Maß für den Elementanteil der Probe.

Bei der Konzentrationsbestimmung muss man berücksichtigen, dass charakteristische Photonen auf dem Weg vom emittierenden Element zum Detektor von anderen Elementen absorbiert werden können. Die Linie des analysierten Elements wird hierdurch verkleinert und die Linien niederenergetischer Elemente werden überhöht dargestellt. Diese gegenseitige Beeinflussung wird Matrixeffekt genannt.

Der Matrixeffekt kann mit mathematischen Methoden kompensiert werden. Die entsprechenden Korrekturfaktoren können bei der Kalibrierung des Gerätes produktspezifisch bestimmt werden.Es existieren bezüglich Anregung und Auswertung verschiedene Bauarten, die für unterschiedliche Einsatzzwecke optimiert sind.

An den einzelnen Netzebenen des Kristalls werden die Röntgenstrahlen abgebeugt, und man erhält nur dann ein Signal, wenn die einzelnen Strahlen konstruktiv interferieren, d. h. wenn die Wegstrecke 2d gerade ein Vielfaches der Wellenlänge l ist (siehe Abb.). Dies ist die Bragg-Gleichung

2 d sin Θ = n * l

die die Interefernzbedingung für Röntgenstrahlen darstellt.


 

 

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Die Anregung im Atom


Bei der Online-Röntgenfluoreszenzanalyse wird das zu untersuchende Material von einer Röntgenröhre bestrahlt. Elektronen aus den inneren Schalen werden dabei angeregt und Elektronen der äußeren Schalen rücken nach. Verschiedene Elemente haben verschiedene Differenzenergien zwischen den Schalen. Die Differenzenergie zwischen den Schalen wird als Röntgenfluoreszenz-Strahlung ausgesendet. Durch die qualitative Bestimmung dieser charakteristischen Röntgenfluoreszenz-Strahlung lässt sich nun ermitteln, „welche“ Elemente in dem zu untersuchenden Material vorliegen. Durch die quantitative Bestimmung der Intensität der Strahlung kann die Konzentration („wieviel“) des jeweiligen Elements bestimmt werden.
Die Messung ist unabhängig von der chemischen Verbindung der Elemente. Es können Elemente höherer Ordnungszahlen, beginnend mit Natrium bestimmt werden. Eventuelle Störeinflüsse durch Temperatur und Dichte werden durch entsprechende Sensoren softwaremäßig kompensiert.
Das Messgerät kann in den Haupt- oder Nebenprozess angebaut werden. Für die Messung stehen verschiedene Optionen zur Verfügung. In vielen Fällen kann direkt durch ein speziell angepasstes Messfenster gemessen werden. Durch die kompakte Bauweise des Edelstahlgehäuses ist das Gerät sowohl wartungsfreundlich als auch sicher.

Bilder: Fa. Springer New Technologies




 


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