Fluorescencia De Rayos X

FLUORESCENCIA DE RAYOS-X (FRX)

Para el diagnóstico de los estados de alteración estudiamos la naturaleza de los materiales, así como las formas, agentes y mecanismos de degradación. Los distintos tipos de materiales y los productos de neoformación se caracterizan desde el punto de vista mineralógico, petrográfico y químico, empleando técnicas de estudio como DRX, MO, FRX, SEM-EDS, y metodologías no destructivas, y del comportamiento frente al agua y sus propiedades mecánicas. Dentro de los métodos físicos utilizados para la caracterización de materiales, las técnicas basadas en la utilización de los rayos-X constituyen un grupo especialmente importante, tanto en la variedad de la información que proporcionan como en la importancia de esta.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El principio de funcionamiento de la espectrometría de fluorescencia de RX radica en la existencia de un sistema atómico con distintos niveles de energía y posibles transiciones entre ellos. La medida de la energía de la radiación electromagnética emitida en estas transiciones es la base de estas técnicas.

Cuando la energía de los electrones que inciden sobre un átomo es igual o mayor que la energía del nivel K, puede producirse la expulsión de un electrón de dicha capa K, las transiciones desde niveles superiores dan lugar a una serie de radiaciones características de longitudes de ondas similares que constituyen la serie K (se denominan Kα, Kβ, ...). Es la serie de mayor energía (menor longitud de onda).

Si la vacante se produce en alguno de los subniveles de la capa L, las transiciones desde niveles superiores dan lugar a las radiaciones características de la serie L (Lα, Lβ, ...). Lo mismo puede decirse para la capa M.

La longitud de onda de la radiación emitida dependerá de la diferencia de energía entre los dos niveles involucrados en la transición electrónica (Kα, Kβ…)

Distinguimos dos etapas: Excitación y Emisión:

- Excitación. Si se considera un sistema en su estado fundamental, es decir, de menor energía y más estable, al aplicarse otra energía de una magnitud adecuada, ésta puede ser absorbida por el sistema, pasando éste a un estado de mayor energía, que conocemos como estado excitado.

- Emisión. Los estados excitados son inestables, y el átomo tiende a volver a su estado fundamental, para lo cual se producen saltos de electrones de los niveles más externos para cubrir el hueco producido, en este proceso hay un desprendimiento de energía en forma de radiación, cuya longitud de onda dependerá de la diferencia de energía entre los dos niveles involucrados en la transición (Kα, Kβ...).

A la excitación producida por el bombardeo de partículas se le denomina excitación primaria y a la radiación así obtenida radiación X primaria. Cada tipo de átomo, tiene una energía característica para cada nivel atómico; así la radiación X emitida, será característica para cada elemento, y en principio, no dependerá de la sustancia química en la que se encuentre, ya que en general, estas radiaciones están originadas por transiciones entre los niveles electrónicos internos, cuyas energías no se ven afectadas por el tipo de enlace existente.

Al proceso de excitación con una radiación X se le denomina excitación secundaria, y la radiación X producida por excitación de otra radiación X se denomina radiación X secundaria o radiación de fluorescencia. Es la radiación X secundaria característica la que se utiliza para el análisis químico en los espectrómetros de fluorescencia de rayos X.

La λ del fotón emitido se correlaciona con la energía de acuerdo a la ecuación

E = hc/λ

Donde h= constante de Planck

Y c= velocidad de la luz.

Los análisis de fluorescencia de RX usan el espectro de emisión de RX producido por la muestra irradiada, así permite el análisis elemental de muestras tanto de rocas como de minerales con un límite de detección de entre 1 y 10 ppm.

Elementos mayores: Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, Mn, Fe.

Traza: Rb, Sr, Y, Nb, Zr, Cr, Ni, Ti, Cu, Zn, Ga, Ba, Pb, Th, U.

PARTES DEL EQUIPO DE FRX Y FUNCIONAMIENTO DEL MISMO

Los equipos instrumentales que se utilizan para este fin son los espectrómetros de fluorescencia de rayos X. En la siguientes figura (parte derecha), se muestra el esquema de un espectrómetro de fluorescencia de rayos X clásico o espectrómetro de rayos X de dispersión de longitudes de onda, llamando así porque el espectro de fluorescencia policromático emitido por la muestra al ser excitada por un haz de radiación producido por un tubo de rayos X, es descompuesto en sus componentes monocromáticas en función de sus longitudes de onda, al difractarse en un monocristal de espaciado conocido. El haz difractado para cada posición angular del monocristal incide sobre un detector, generalmente un detector de gas proporcional de flujo o de centelleo, que convierte los fotones en impulsos eléctricos.

- Tubo de rayos-X: Ánodo de Rodio con ventana frontal de Be.

- Cristales analizadores

- Filtros: bronce, aluminio.

- Colimadores

- Detectores: Flujo y Centelleo

- Cámara generadora de vacío

- Generador:

- Software para análisis cualitativo y cuantitativo.

- Software para análisis semicuantitativo.

"PHILIPS PW2404" y Cargador Automático "PW2540". Instalado en 1998. El equipo está dotado de un tubo con ánodo de rodio (Rh) con 4 Kw de potencia, y 5 cristales analizadores (Fli 200, Fli 220, Pe, Ge y Px1). Así mismo se completa con 3 detectores: sellado de xenón, centelleo y flujo gaseoso.

Al chocar los electrones con el ánodo se generan los rayos X que son emitidos en todas direcciones, saliendo hacia el exterior por una ventana frontal en el tubo y que no afecta a la radiación. ( solo 1% de la potencial eléctrica es transformada en potencial radiante,

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