XRF
Ο φθορισμός ακτίνων Χ (XRF) είναι μια μη καταστροφική αναλυτική τεχνική που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της στοιχειακής σύνθεσης των υλικών. Οι αναλυτές XRF προσδιορίζουν τη χημεία ενός δείγματος μετρώντας τις φθορίζουσες (ή δευτερογενείς) ακτίνες Χ που εκπέμπονται από ένα δείγμα όταν αυτό διεγείρεται από μια πρωτογενή πηγή ακτίνων Χ. Κάθε ένα από τα στοιχεία που υπάρχουν σε ένα δείγμα παράγει ένα σύνολο χαρακτηριστικών φθορισμού ακτίνων-Χ ("δακτυλικό αποτύπωμα") που είναι μοναδικό για το συγκεκριμένο στοιχείο, γι' αυτό και η φασματοσκοπία XRF είναι μια εξαιρετική τεχνολογία για την ποιοτική και ποσοτική ανάλυση της σύστασης των υλικών.
Η διαδικασία φθορισμού ακτίνων Χ
Ένα στερεό ή υγρό δείγμα ακτινοβολείται με ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας από έναν ελεγχόμενο σωλήνα ακτίνων Χ.
Όταν ένα άτομο στο δείγμα προσκρούει σε ακτίνες Χ επαρκούς ενέργειας (μεγαλύτερη από την ενέργεια δέσμευσης του κελύφους Κ ή L του ατόμου), ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα εσωτερικά τροχιακά κελύφη του ατόμου απομακρύνεται.
Το άτομο ανακτά τη σταθερότητά του, γεμίζοντας το κενό που έχει απομείνει στο εσωτερικό τροχιακό κέλυφος με ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα τροχιακά κελύφη του ατόμου με υψηλότερη ενέργεια.
Το ηλεκτρόνιο πέφτει στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση απελευθερώνοντας μια φθορίζουσα ακτίνα Χ. Η ενέργεια αυτής της ακτίνας Χ είναι ίση με την ειδική διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο κβαντικών καταστάσεων του ηλεκτρονίου. Η μέτρηση αυτής της ενέργειας αποτελεί τη βάση της ανάλυσης XRF.
Θεμελιώδεις αρχές του φθορισμού ακτίνων-Χ (XRF)
Η μέθοδος XRF βασίζεται σε θεμελιώδεις αρχές που είναι κοινές με διάφορες άλλες ενόργανες μεθόδους που περιλαμβάνουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ ακτίνων ηλεκτρονίων και ακτίνων-Χ με δείγματα, όπως: φασματοσκοπία ακτίνων Χ (π.χ. SEM - EDS), περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) και φασματοσκοπία διασποράς μήκους κύματος (μικροσκόπιο WDS).
Η ανάλυση των κύριων και ιχνοστοιχείων σε γεωλογικά υλικά με φθορισμό ακτίνων Χ καθίσταται δυνατή λόγω της συμπεριφοράς των ατόμων όταν αλληλεπιδρούν με την ακτινοβολία. Όταν τα υλικά διεγείρονται με ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, μικρού μήκους κύματος (π.χ. ακτίνες Χ), μπορούν να ιονιστούν. Εάν η ενέργεια της ακτινοβολίας είναι επαρκής για να μετατοπίσει ένα σφιχτά συγκρατούμενο εσωτερικό ηλεκτρόνιο, το άτομο γίνεται ασταθές και ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο αντικαθιστά το εσωτερικό ηλεκτρόνιο που λείπει. Όταν συμβαίνει αυτό, απελευθερώνεται ενέργεια λόγω της μειωμένης ενέργειας σύνδεσης του τροχιακού του εσωτερικού ηλεκτρονίου σε σύγκριση με ένα εξωτερικό. Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία είναι χαμηλότερης ενέργειας από τις πρωτογενείς προσπίπτουσες ακτίνες Χ και ονομάζεται φθορίζουσα ακτινοβολία. Επειδή η ενέργεια του εκπεμπόμενου φωτονίου είναι χαρακτηριστική μιας μετάβασης μεταξύ συγκεκριμένων τροχιακών ηλεκτρονίων σε ένα συγκεκριμένο στοιχείο, οι προκύπτουσες φθορίζουσες ακτίνες-Χ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση της αφθονίας των στοιχείων που υπάρχουν στο δείγμα.