Como funciona a fluorescência de raios X?

A fluorescência de raios X (FRX) é uma técnica analítica não destrutiva usada para identificar e quantificar elementos em vários tipos de amostras. A amostra é exposta a raios X, fazendo com que seus átomos emitam fluorescência de volta para um detector. Essa fluorescência é medida para identificar os elementos presentes e determinar suas concentrações. A XRF é amplamente utilizada em áreas como ciência de materiais, análise ambiental, arqueologia e mineração devido à sua capacidade de analisar sólidos, líquidos e pós de forma rápida e precisa. Suas principais vantagens incluem resultados rápidos, preparação mínima de amostra e a capacidade de analisar uma ampla gama de materiais. Saiba mais sobre XRF e como ele funciona neste artigo do blog.

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• O que é fluorescência de raios X?
• Quais são os principais componentes de um analisador XRF?
• Quais são as vantagens do XRF?
• Aplicações XRF
• Análise de processo XRF
• Quais são as vantagens da XRF na análise de processos?

O que é fluorescência de raios X?

A fluorescência de raios X, ou XRF, é uma técnica não destrutiva usada para analisar a composição elementar de um material. O processo começa quando uma amostra é exposta a raios X, que excitam os átomos dentro dela. Essa excitação faz com que os átomos liberem energia na forma de raios X característicos. Os raios X emitidos são exclusivos para cada elemento e são detectados e medidos para identificar os elementos presentes na amostra e determinar suas concentrações.

A XRF pode ser facilmente descrita em quatro etapas:

1. Emissão: O analisador XRF emite raios X com um tubo de raios X.
2. Excitação: Os raios X atingem a amostra e ela fica fluorescente, enviando os raios X de volta para o detector no analisador XRF.
3. Medição: Os raios X retornados são contados pelo detector. O detector mede a energia de cada raio X, criando um espectro. Essas informações revelam quais elementos estão presentes e quanta quantidade de cada elemento existe.
4. Resultados: O espectro de energia é processado via software e exibido como a composição elementar da amostra. A composição da amostra pode ser determinada em apenas dois segundos.

Quais são os principais componentes de um analisador XRF?

Instrumentos XRF incluem os seguintes componentes principais: 

Fonte de raios X

Um tubo de raios X (Figura 1) converte eletricidade em raios X, semelhante a como uma lâmpada converte eletricidade em luz. Os raios X são produzidos somente quando uma corrente flui através do tubo. O tubo contém um filamento que pode ser feito de vários materiais, como ródio, tungstênio, ouro ou prata. Nenhum material de filamento é superior aos outros; a escolha depende da aplicação específica para a qual o tubo de raios X é usado.

Detector de raios X

Um detector de raios X (Figura 1) captura e mede os raios X reemitidos pela amostra. Ele funciona de forma semelhante à câmera digital de um smartphone, convertendo os raios X em um sinal elétrico. Os detectores mais comuns para análise de XRF são o contador proporcional (contador prop), o detector de PIN de silício (Si-PIN) e o detector de deriva de silício (SDD). Destes, o SDD oferece o melhor desempenho e sensibilidade.

Processador interno

O processador interno gerencia o tubo de raios X, o detector de raios X, a calibração avançada, a tela sensível ao toque, os recursos sem fio e todos os outros componentes. Ele controla a operação do tubo de raios X e converte as contagens do detector na composição química exibida.

Célula de medição

Uma célula de medição pode ser usada em analisadores de processo XRF on-line, que são programados para extrair amostras automaticamente da linha de processo em intervalos predefinidos. A amostra extraída é então transferida para uma célula de medição (Figura 1), onde é exposto aos raios X gerados pela fonte de raios X. Os átomos dentro da amostra absorvem esses raios X e os reemitem em energias específicas que são características dos elementos presentes. Quando a análise é concluída (normalmente em poucos segundos), a amostra é devolvida ao fluxo do processo ou descartada. Para garantir uma análise mais precisa, a amostra também pode passar por etapas de pré-condicionamento, como filtragem para remover partículas. Essas etapas de pré-condicionamento são automatizadas para otimizar o processo de análise.

Quais são as vantagens do XRF?

A análise de fluorescência de raios X oferece muitas vantagens aos profissionais de campo e de laboratório. Os benefícios do XRF incluem: 

• Ensaios não destrutivos: A XRF é uma técnica não destrutiva que não altera nem danifica as amostras, permitindo a análise sem alterar a composição química. Isso mantém a amostra em seu estado original do início ao fim da análise.
• Resultados rápidos: O XRF fornece resultados rápidos, normalmente em segundos ou minutos, o que o torna ideal para análises em tempo real e tomada de decisões rápidas em uma ampla variedade de aplicações. Reduz significativamente o tempo de análise em comparação às técnicas tradicionais de química úmida.
• Análise multielementar: A XRF permite a detecção e quantificação de múltiplos elementos a partir de uma única medição de amostra, permitindo uma análise elementar eficiente e abrangente.
• Versatilidade: A XRF pode analisar uma variedade de amostras, incluindo sólidos, líquidos e pós. Sua versatilidade o torna adequado para uso em muitos setores, como mineração, produção de metais, eletrônicos, testes ambientais, petroquímicos, produção de energia e muito mais. 

Aplicações XRF

A fluorescência de raios X é fundamentalmente uma tecnologia de análise elementar. Isso significa que as aplicações de XRF para análise composicional são quase ilimitadas. Como a XRF é uma análise elementar — e tudo é feito de átomos — quase qualquer material pode ser analisado com XRF. 

Como a XRF é uma técnica não destrutiva, até mesmo amostras valiosas ou frágeis podem ser avaliadas sem nenhum efeito prejudicial. A portabilidade e a facilidade de uso dos analisadores XRF portáteis tornam esses dispositivos particularmente valiosos para investigações no local ou in situ, onde análises rápidas, precisas e minimamente invasivas são necessárias.

As aplicações comuns de XRF incluem: 

Da mina à metalurgia, de plantas a playgrounds, de moedas a produtos de consumo, a XRF desempenha um papel valioso na análise não destrutiva de materiais. 

Análise de processo XRF

Em geral, a análise de processos é o método de examinar como uma tarefa é realizada. O objetivo final é garantir que o trabalho atinja seus objetivos e, ao mesmo tempo, encontrar maneiras de melhorar a qualidade, a eficiência e a segurança do processo em questão. A tecnologia XRF pode ser uma ferramenta essencial para ajudar a atingir esses objetivos. Essa tecnologia não se limita a nenhum setor específico e pode ser usada em amostras sólidas ou líquidas. Aplicações industriais como mineração, forjaria, produção de cimento, petróleo e gás (petroquímicos), baterias (energia), manufatura e reciclagem podem se beneficiar da utilização de XRF. 

Otimização de banhos de galvanoplastia de zinco-níquel

Os analisadores de processo XRF on-line são projetados para o monitoramento contínuo de amostras líquidas em vários setores onde a análise elementar é essencial. Uma área específica onde os analisadores de processo XRF online se destacam é na indústria de galvanoplastia.

No setor de galvanoplastia, os analisadores de processo XRF on-line transformaram a maneira como os processos de galvanoplastia são monitorados e controlados.

Historicamente, titulações manuais eram realizadas a cada seis horas para analisar o teor de zinco e níquel em banhos de galvanoplastia de zinco-níquel. Este método oferece pontos de dados limitados (Figura 5), dificultando a identificação de tendências ou interrupções de processos. Consequentemente, esse método pode levar a um desempenho abaixo do ideal, aumento do desperdício e qualidade inconsistente do produto. 

Em contraste, os analisadores de processo XRF online fornecem dados de alta resolução e em tempo real das concentrações de íons metálicos em banhos de galvanoplastia de zinco-níquel (Figura 6). Esses instrumentos permitem controle preciso do processo, melhor qualidade do produto, redução do consumo de produtos químicos e minimização do impacto ambiental.

Quais são as vantagens da XRF na análise de processos?

Conclusão

A versatilidade e a capacidade do XRF de realizar análises no local o tornam uma ferramenta valiosa em vários setores. Seja usada em refino, galvanoplastia, produção de cimento, fabricação de eletrônicos, mineração ou arqueologia, a tecnologia XRF portátil oferece uma solução poderosa e prática para análise elementar. Quando automatizada na análise de processos, a tecnologia XRF agrega valor ao permitir que os fabricantes obtenham melhorias significativas em suas operações. Ao obter insights em tempo real sobre parâmetros críticos do processo, os fabricantes podem otimizar a utilização de recursos, melhorar a qualidade do produto, reduzir o tempo de inatividade e tomar decisões baseadas em dados para maior eficiência e desempenho ambiental. 

Suas conclusões de conhecimento

Folheto: Controle de qualidade de banho eficiente com XRF – Análise on-line de zinco e níquel para controle de processo

Folheto: Produção eficiente de baterias de íons de lítio com XRF – Análise on-line de metais em material ativo de cátodo (CAM)

Folheto: Analisador de Processo XRF 2060

Nota de aplicação: Monitoramento on-line de cianeto e ouro em solução de lixiviação de ouro

Nota de aplicação: Análise on-line de cobre, estanho e zinco em banhos de bronze branco por XRF

Webinar sob demanda: Análise on-line de cobre, estanho e zinco em banhos de bronze branco por XRF