quimica analitica instrumental raio-x

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Introduction to XRF
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Introduction toIntroduction to
 X-Ray X-Ray 
FluorescenceFluorescence
AnalysisAnalysis
Jéssica Nogueira
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Introdução à análise de Fluorescencia de Raios-x
Introduction to XRF
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Electromagnetic Radiation
1Hz - 1kHz 
 
1kHz - 1014Hz 
 
1014Hz - 1015Hz 
 1015Hz - 1021Hz 
 Extra-Low 
Frequency 
(ELF)
Radio Microwave Infrared
Visible Light 
 X-Rays, 
Gamma Rays
Ultraviolet
Low energy High energy
Jéssica Nogueira
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Radiação eletromagnética
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Baixa energia
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Alta energia
Introduction to XRF
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Theory
 A source X-ray strikes an inner 
shell electron. If at high enough 
energy (above absorption edge of 
element), it is ejected it from the 
atom.
 Higher energy electrons cascade 
to fill vacancy, giving off 
characteristic fluorescent X-rays.
 Higher energy electrons cascade 
to fill vacancy, giving off 
characteristic fluorescent X-rays.
 For elemental analysis of Na - U.
Jéssica Nogueira
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Teoria
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
 Uma fonte de raio-X atinge um elétron da camada interior. Se a energia for suficientemente elevada (acima do limite de absorção do elemento), o elétron é ejectado do átomo.
Jéssica Nogueira
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é de camadas superiores caem em cascata para preencher a vacância, liberando energia de raios x carcterísticas
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Para analise elementar de sódio
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The Hardware
• SourcesSources
• OpticsOptics
• Filters & TargetsFilters & Targets
• DetectorsDetectors
Jéssica Nogueira
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o Hardwarenull• Fontesnull• Óticanull• Filtros e Amostranull• Detectores
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Sources
•End Window X-Ray Tubes
•Side Window X-Ray Tubes
•Radioisotopes
•Other Sources
–Scanning Electron Microscopes
–Synchrotrons
–Positron and other particle beams 
Jéssica Nogueira
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fontesnull null• Janela extremidade X-Raio Tubosnull null• Janela Lateral X-Raio Tubosnull null• Radioisótoposnull null• Outras fontesnull null-Microscópios de varredura eletrônicanull null-Synchrotronsnull null null-Positron E outros feixes de partículas
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End Window X-Ray Tube
• X-ray Tubes
– Voltage determines 
which elements can be 
excited. 
– More power = lower 
detection limits
– Anode selection 
determines optimal 
source excitation 
(application specific).
Jéssica Nogueira
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Final Janela tubo de raio Xnull null null null null • tubos de raios-Xnull null null null null- Tensão determina quais elementos podem ser excitados.null null null null- Mais potência = limites de detecção mais baixosnull null null null null null- Seleção do ânodo determina excitação ótima da fonte (aplicação específica).
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Side Window X-Ray Tube
Be Window
Silicone Insulation
Glass Envelope
Filament
Electron beam
Target (Ti, Ag,
Rh, etc.)
Copper Anode
HV Lead
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Radioisotopes
Isotope Fe-55 Cm-244 Cd-109 Am-241 Co-57
Energy (keV) 5.9 14.3, 
18.3
22, 88 59.5 122
Elements (K-
lines)
Al – V Ti-Br Fe-Mo Ru-Er Ba - U
Elements (L-
lines)
Br-I I- Pb Yb-Pu None none
 While isotopes have fallen out of favor they are still useful for 
many gauging applications.
Jéssica Nogueira
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Apesar isótopos tenham caído em desuso eles ainda são úteis paranullmuitas aplicações de medição.
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Other Sources
Several other radiation sources are capable of 
exciting material to produce x-ray fluorescence 
suitable for material analysis.
Scanning Electron Microscopes (SEM) – Electron beams excite the 
sample and produce x-rays. Many SEM’s are equipped with an EDX 
detector for performing elemental analysis
Synchotrons - These bright light sources are suitable for research 
and very sophisticated XRF analysis.
 Positrons and other Particle Beams – All high energy particles 
beams ionize materials such that they give off x-rays. PIXE is the most 
common particle beam technique after SEM. 
Jéssica Nogueira
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outras FontesnullVárias outras fontes de radiação são capazes de excitar o material para produzir fluorescência de raios-x para análise de materiais adequados.null
Jéssica Nogueira
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- Microscópio de Varredura eletronica (SEM) - Os feixes de elétrons excitam a amostra e produzem raios-x. Muitos SEM são equipados com um detector EDX para a realização de análise elementarnull- Synchotrons - Estas fontes de luz brilhantes são adequados para pesquisa e análise Fluorescência de Raios-X muito sofisticadas. null- Os pósitrons e outros feixes de partículas - Todos feixes de partículas de elevada energia para ionizar materiais de tal forma que eles emitem raios-x. PIXE é a técnica de feixe de partículas mais comum depois de SEM.
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Source Modifiers
Several Devices are used to modify the shape 
or intensity of the source spectrum or the 
beam shape
 Source Filters
 Secondary Targets
 Polarizing Targets
 Collimators
 Focusing Optics
Jéssica Nogueira
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Fonte modificadoresnullVários dispositivos são usados para modificar a forma ou a intensidade do espectro da fonte ou a forma do feixenull- Filtros Fontenull- os alvos secundáriosnull- Polarizador Alvosnull- Colimadoresnull- Óptica de focagem
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Source Filters
Filters perform one of two functions
–Background Reduction
–Improved Fluorescence
DetectorDetector
X-Ray X-Ray 
SourceSource
Source FilterSource Filter
Jéssica Nogueira
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Filtros FontenullFiltros executar uma das duas funçõesnull- Redução do fundonull- Melhoria da fluorescência
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Filter Transmission Curve
%
T
R
A
N
S
M
I
T
T
E
D
ENERGY
Low energy x-rays 
are absorbed
Absorption
Edge
X-rays above the absorption 
edge energy are absorbed
Very high energy 
x-rays are transmitted 
Ti Cr
Titanium Filter transmission curve 
The transmission curve shows the parts of the source 
spectrum are transmitted and those that are absorbed
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
A curva de transmissão mostra as partes do espectro da fonte são transmitidos e aqueles que são absorvidos
Jéssica Nogueira
Nota
Raios-X de baixa energia são absorvidos
Jéssica Nogueira
Nota
Borda de absorção
Jéssica Nogueira
Nota
Raios-x de energia muito alta são transmitidos
Jéssica Nogueira
Nota
Raios-X acima da borda de absorção de energia são absorvidos
Introduction to XRF
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Filter Fluorescence Method
ENERGY (keV)
Target peakWith Zn Source filter
Fe
Region
Continuum 
Radiation
The filter fluorescence method decreases the background and 
improves the fluorescence yield without requiring huge amounts of 
extra power.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
O método de fluorescência filtro diminui o fundo e melhora o rendimento de fluorescência sem exigir enormes quantidades de energia extra.
Introduction to XRF
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Filter Absorption Method
ENERGY (keV)
Target peak
With Ti Source filter
Fe
Region
Continuum 
Radiation
The filter absorption Method decreases the background while 
maintaining similar excitation efficiency.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
O método de absorção filtro diminui o fundo, mantendo a eficiência deexcitação semelhante.
Introduction to XRF
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Secondary Targets
Improved Fluorescence and lower background 
The characteristic fluorescence of the custom line 
source is used to excite the sample, with the lowest 
possible background intensity. 
It requires almost 100x the flux of filter methods 
but gives superior results.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Metas secundáriasnull nullMelhoria da fluorescência e abaixar fundonull nullA fluorescência característica da fonte de linha personalizado é usado para excitar a amostra, com o menor possível intensidade do fundo.null nullEle requer quase 100x o fluxo de métodos de filtro, mas dá resultados superiores.
Introduction to XRF
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Secondary Targets
Sample
X-Ray Tube
Detector
Secondary Target
A. The x-ray tube excites the secondary target
B. The Secondary target fluoresces and excites the 
sample
C. The detector detects x-rays from the sample
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
A. O tubo de raios-x excita o alvo secundárionullB. O alvo secundário fluorescente e excita a amostranullC. O sensor detecta os raios X a partir da amostra
Introduction to XRF
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Secondary Target Method
ENERGY (keV)
Tube 
Target 
peak
With Zn Secondary 
Target
Fe
Region
Continuum 
Radiation
Secondary Targets produce a more monochromatic 
source peak with lower background than with filters
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Metas secundárias produzem um pico fonte mais monocromática com fundo menor do que com filtros
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Secondary Target Vs Filter
Comparison of optimized direct-filtered excitation with secondary 
target excitation for minor elements in Ni-200
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Comparação de excitação directa filtrou-optimizada com excitação alvo secundário para elementos menores em Ni-200
Introduction to XRF
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Polarizing Target Theory
a) X-ray are partially polarized whenever they scatter off a 
surface
b) If the sample and polarizer are oriented perpendicular to 
each other and the x-ray tube is not perpendicular to the 
target, x-rays from the tube will not reach the detector.
c) There are three type of Polarization Targets:
– Barkla Scattering Targets - They scatter all source energies 
to reduce background at the detector.
– Secondary Targets - They fluoresce while scattering the 
source x-rays and perform similarly to other secondary 
targets.
– Diffractive Targets - They are designed to scatter specific 
energies more efficiently in order to produce a stronger peak 
at that energy. 
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Teoria de Polarização do Alvo
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
a) de raios-X são parcialmente polarizada sempre que eles se dispersam fora de uma superfície
Jéssica Nogueira
Nota
b) Se a amostra e polarizador são orientadas perpendicularmente uma à outra e o tubo de raios X não é perpendicular ao alvo, raios-X a partir do tubo não irá atingir o detector.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
c) Existem três tipos de Metas de Polarização:
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
- Barkla Metas espalhamento - Eles espalham todas as energias de origem para reduzir o fundo no detector.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
- Os objectivos secundários - Eles fluorescem ao dispersar os raios-x de origem e desempenhar de forma semelhante a outros alvos secundários
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
- Metas difractivas - Eles são projetados para dispersar energias específicas de forma mais eficiente, a fim de produzir um pico mais forte em que a energia
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Collimators
Collimators are usually circular or a slit and restrict the size 
or shape of the source beam for exciting small areas in either 
EDXRF or uXRF instruments. They may rely on internal 
Bragg reflection for improved efficiency. 
Sample
Tube
Collimator sizes range from 12 
microns to several mm
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
colimadores são geralmente circulares ou uma fenda e restringem o tamanho ou a forma do feixe de fonte para excitar pequenas áreas em em qualquer instrumento EDXRF ou uXRF. Eles podem contar com reflexão Bragg interno para melhoria da eficiência.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Os tamanhos dos colimadores variam de 12 micrômetros até mm
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Focusing Optics
Because simple collimation blocks unwanted x-rays 
it is a highly inefficient method. Focusing optics like 
polycapillary devices and other Kumakhov lens 
devices were developed so that the beam could be 
redirected and focused on a small spot. Less than 75 
um spot sizes are regularly achieved. 
Source Detector
Bragg reflection 
inside a Capillary
Jéssica Nogueira
Nota
Focalizadores OticosnullPorque blocos de colimadores simples indesejados raios X é um método altamente ineficiente. Focalizadores ópticos como dispositivos polycapillary e outros dispositivos de lentes Kumakhov foram desenvolvidos de modo que o feixe pode ser redirecionado e focado em num pequeno ponto. Pontos de menos de 75 micromêtros de tamanhos são regularmente atingidos.
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Detectors
• Si(Li) 
• PIN Diode
• Silicon Drift Detectors
• Proportional Counters
• Scintillation Detectors
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
detectoresnull• Si (Li)null• Diodo PINnull• detectores derivados de silícionull• contadores proporcionaisnull• detectores de cintilação
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Detector Principles
2
En
e
n = number of electron-hole pairs produced
E = X-ray photon energy
e = 3.8ev for Si at LN temper
where :
atures
=
A detector is composed of a non-conducting or semi-conducting 
material between two charged electrodes.
X-ray radiation ionizes the detector material causing it to become 
conductive, momentarily.
The newly freed electrons are accelerated toward the detector 
anode to produce an output pulse. 
In ionized semiconductor produces electron-hole pairs, the 
number of pairs produced is proportional to the X-ray photon 
energy
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Princípios do detector
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Um detector é constituído por um material não condutor ou de material semi-condutor entre dois eléctrodos carregados
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Radiação de raios-X ioniza o material detector fazendo com que ele se torne condutor, momentaneamente.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Os elétrons recém-libertados são acelerados em direção ao ânodo detector para produzir um impulso de saída
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Em semicondutor ionizado produz pares de electrons-furo, o número de pares produzidos é proporcional à energia de fotões de raios-X
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
n = número de pares elétron-livres produzidonullE = raio-X de energia fótonnulle = 3.8ev para Si a temperaturas LN2
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Si(Li) Detector
Window
Si(Li) 
crystal
Dewar
filled with
LN2
Super-Cooled Cryostat
Cooling: LN2 or Peltier 
Window: Beryllium or Polymer
Counts Rates: 3,000 – 50,000 cps 
Resolution: 120-170 eV at Mn K-alpha
FET
Pre-Amplifier
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Si(Li) Cross Section 
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PIN Diode Detector
Cooling: Thermoelectrically cooled (Peltier)
Window: Beryllium
Count Rates: 3,000 – 20,000 cps
Resolution: 170-240 eV at Mn k-alpha
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Silicon Drift Detector- SDD
Packaging: Similar to PIN Detector
Cooling: Peltier
Count Rates; 10,000 – 300,000 cps
Resolution: 140-180 eV at Mn K-alpha
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Proportional Counter
Anode Filament
Fill Gases: Neon, Argon, Xenon, Krypton
Pressure: 0.5- 2 ATM
Windows: Be or Polymer
Sealed or Gas Flow VersionsCount Rates EDX: 10,000-40,000 cps WDX: 1,000,000+
Resolution: 500-1000+ eV
Window
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Scintillation Detector
PMT (Photo-multiplier tube)
Sodium Iodide Disk Electronics
ConnectorWindow: Be or Al
Count Rates: 10,000 to 1,000,000+ cps
Resolution: >1000 eV
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Spectral Comparison - Au
Si(Li) Detector
10 vs. 14 Karat
Si PIN Diode Detector
10 vs. 14 Karat
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Polymer Detector WindowsPolymer Detector Windows
♦ Optional thin polymer windows compared 
to a standard beryllium windows
♦ Affords 10x improvement in the MDL for sodium (Na)
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Detector Filters
Filters are positioned between the sample and 
detector in some EDXRF and NDXRF systems to 
filter out unwanted x-ray peaks.
SampleSample
DetectorDetector
X-Ray X-Ray 
SourceSource
Detector FilterDetector Filter
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Filtros detectoresnullOs filtros são posicionados entre a amostra e o detector em alguns sistemas EDXRF e NDXRF para filtrar picos de raios-x não desejadas.
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Detector Filter Transmission
%
T
R
A
N
S
M
I
T
T
E
D
ENERGY
Low energy x-rays 
are absorbed
EOI is transmitted
Absorption
Edge
X-rays above the absorption 
edge energy are absorbed
Very high energy 
x-rays are transmitted 
S Cl
A niobium filter absorbs Cl and other higher energy 
source x-rays while letting S x-rays pass. A detector filter 
can significantly improve detection limits. 
Niobium Filter Transmission and Absorption
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Um filtro de niobío absorve Cl e outros raios-x de fonte maior de energia, deixando S raios-x passar. Um filtro detector pode melhorar significativamente os limites de detecção.
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Filter Vs. No Filter
Unfiltered Tube 
target, Cl, and Ar 
Interference Peak
Detector filters can dramatically improve the element of interest 
intensity, while decreasing the background, but requires 4-10 times 
more source flux. They are best used with large area detectors that 
normally do not require much power.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
filtros detectores podem melhorar drasticamente a intensidade do elemento de interesse, ao diminuir o fundo, mas requer 4-10 vezes mais fluxo fonte. Eles são mais utilizados com detectores de grande área que normalmente não requerem muita energia.
Introduction to XRF
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Ross Vs. Hull Filters
 The previous slide was 
an example of the Hull 
or simple filter method. 
 The Ross method 
illustrated here for Cl 
analysis uses intensities 
through two filters, one 
transmitting, one 
absorbing, and the 
difference is correlated 
to concentration. This is 
an NDXRF method 
since detector resolution 
is not important.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Filtros de casco
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
o slide anterior foi um exemplo do casco ou método do filtro simples.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
O método de Ross ilustrada aqui por análise Cl utiliza intensidades através de dois filtros, um transmissor, um para absorver, e a diferença está relacionada com a concentração. Este é um método de resolução NDXRF desde detector não é importante.
Introduction to XRF
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Wavelength Dispersive XRF
Wavelength Dispersive XRF relies on a diffractive 
device such as crystal or multilayer to isolate a peak, 
since the diffracted wavelength is much more intense 
than other wavelengths that scatter of the device. 
SampleSample
Detector
X-Ray 
Source
Diffraction Device
Collimators
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Comprimento de onda dispersivo XRF baseia-se num dispositivo de difracção, tal como um cristal ou de múltiplas camadas para isolar um pico, uma vez que o comprimento de onda difractada é muito mais intensa do que outros comprimentos de onda que o dispositivo de dispersão.
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Diffraction
The two most common diffraction devices used in WDX 
instruments are the crystal and multilayer. Both work 
according to the following formula.
nλ = 2d × sinθ
n = integer
d = crystal lattice or 
 multilayer spacing
θ = The incident angle
λ
 = wavelength Atoms
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Os dois dispositivos de difracção mais comuns usados em instrumentos WDX são o cristal e multicamada. Ambos trabalham de acordo com a seguinte fórmula
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
número inteironull null estrutura de cristal ou null espaçamento multicamadanull null nullO ângulo de incidêncianull nullComprimento de onda
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Multilayers
While the crystal spacing is based on the natural atomic 
spacing at a given orientation the multilayer uses a series 
of thin film layers of dissimilar elements to do the same 
thing. 
Modern multilayers 
are more efficient 
than crystals and can 
be optimized for 
specific elements. 
Often used for low Z 
elements.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Enquanto o espaçamento cristal é baseada no espaçamento atómico natural a uma dada orientação do multicamadas utiliza uma série de camadas de película fina de elementos diferentes para fazer a mesma coisa.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Multi-camadas modernos são mais eficientes do que os cristais e pode ser optimizado para os elementos específicos.null null null nullMuitas vezes usado para elementos de baixa Z.
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Soller Collimators
Soller and similar types of collimators are used to 
prevent beam divergence. The are used in WDXRF to 
restrict the angles that are allowed to strike the 
diffraction device, thus improving the effective 
resolution.
Sample
Crystal
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Soller e tipos semelhantes de colimadores são utilizados para evitar a divergência do feixe. O são utilizadas em WDXRF para restringir os ângulos que são permitidos para atingir o dispositivo de difracção, melhorando assim a eficácia da resolução.
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Cooling and Temperature Control
The diffraction technique is relatively inefficient and 
WDX detectors can operate at much higher count rates, 
so WDX Instruments are typically operated at much 
higher power than direct excitation EDXRF systems. 
Diffraction devices are also temperature sensitive. 
Many WDXRF Instruments use:
•X-Ray Tube Coolers, and 
•Thermostatically controlled instrument coolers
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Refrigeração e Controle de TemperaturanullA técnica de difração é relativamente ineficiente e detectores WDX pode operar taxas de contagem muito mais altas, de modo WDX Instrumentos são tipicamente utilizado com a potência muito maior do que os sistemas de excitação EDXRF diretos. Dispositivos de difração também são sensíveis à temperatura.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Muitos WDXRF Instrumentos uso:null• X-Ray Coolers tubo, enull• coolers instrumento termostaticamente controlados
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Chamber Atmosphere
Sample and hardware chambers of any XRF instrument may be 
filled with air, but because air absorbs low energy x-rays from 
elements particularly below Ca, Z=20, and Argon sometimes 
interferes with measurements purges are often used. The two 
most common purge methods are:
Vacuum - For use with solids or pressed pellets
Helium - For use with liquids or powdered materials
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Câmaras de qualquer instrumento XRF amostra e hardware pode ser preenchido com o ar, mas porque o ar absorve os raios-x de baixa energia a partir de elementos particularmente abaixo Ca, z = 20, e argônio às vezes interfere com medições remoçõessão frequentemente utilizados. os doisnulla maioria dos métodos de purga comuns são:
Jéssica Nogueira
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Vácuo - Para uso com sólidos ou pastilhas prensadasnull null nullHélio - Para uso com líquidos ou materiais em pó
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Changers and Spinners
Other commonly available sample handling 
features are sample changers or spinners.
Automatic sample changers are usually of the circular or 
XYZ stage variety and may have hold 6 to 100+ samples
Sample Spinners are used to average out surface features 
and particle size affects possibly over a larger total surface 
area. 
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Changers e Spinnersnull nullOutras características de manipulação de amostras comumente disponíveis são trocadores de amostras ou spinners.null null Trocadores automáticos de amostra são geralmente da variedade palco circular ou XYZ e pode ter segurar 6 a 100+ amostrasnull nullSpinners amostra são usados para calcular a média para as características da superfície e do tamanho das partículas afecta possivelmente ao longo de uma área superficial total maior
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Typical PIN Detector InstrumentTypical PIN Detector Instrument
This configuration is most commonly used in higher end 
benchtop EDXRF Instruments.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Esta configuração é mais comumente usado na maior parte dosnullInstrumentos EDXRF de bancada.
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Typical Si(Li) Detector Instrument Typical Si(Li) Detector Instrument 
This has been historically the most common laboratory 
grade EDXRF configuration.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Esta tem sido, historicamente, a configuração EDXRF grau de laboratório mais comuns.
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Energy Dispersive Electronics
Fluorescence generates a current in the detector. In a detector 
intended for energy dispersive XRF, the height of the pulse produced is 
proportional to the energy of the respective incoming X-ray.
DETECTOR
Signal to Electronics
Element 
A
Element 
C
Element 
B
Element 
D
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Dispersão de Energia EletrônicanullFluorescência gera uma corrente no detector. Em um detector destinado a XRF de energia dispersiva, a altura do impulso produzido é proporcional à energia do respectivo raio-X de entrada.
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Multi-Channel Analyser
• Detector current pulses are translated into counts (counts 
per second, “CPS”).
• Pulses are segregated into channels according to energy via 
the MCA (Multi-Channel Analyser).
Signal from Detector
Channels, Energy
Intensity
(# of CPS 
per Channel)
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Multi-Canal Analysernull• Detector de pulsos de corrente são traduzidos em contagens (contagens por segundo, "CPS").null• Pulsos são segregados em canais de acordo com a energia através do MCA (Multi-Canal Analyser).
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WDXRF Pulse Processing
 The WDX method uses the diffraction device and 
collimators to obtain good resolution, so The 
detector does not need to be capable of energy 
discrimination. This simplifies the pulse processing.
 It also means that spectral processing is simplified 
since intensity subtraction is fundamentally an 
exercise in background subtraction.
Note: Some energy discrimination is useful since it allows for rejection of low 
energy noise and pulses from unwanted higher energy x-rays. 
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
- Isso também significa que o processamento espectral é simplificada uma vez que a intensidade subtração é fundamentalmente um exercício de subtração de fundo.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
- O método WDX usa o dispositivo de difração e colimadores para obter uma boa resolução, assim que o detectores não precisa ser capaz de discriminação energia. Isto simplifica o processamento de pulso.
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Nota: Alguns discriminação energia é útil uma vez que permite a rejeição de ruído baixo de energia e pulsos de raios-x maior energia indesejados
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Evaluating Spectra
• K & L Spectral Peaks
• Rayleigh Scatter Peaks
• Compton Scatter Peaks
• Escape Peaks
• Sum Peaks
• Bremstrahlung
In addition to elemental peaks, other peaks 
appear in the spectra:
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Além picos elementar, outros picos aparecem nos espectros
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K & L Spectral Lines
 K - alpha lines: L shell e- 
transition to fill vacancy in K 
shell. Most frequent 
transition, hence most intense 
peak.
 K - beta lines: M shell e- 
 transitions to fill vacancy in K 
 shell.
L Shell
K Shell  L - alpha lines: M shell e- 
 transition to fill vacancy in L 
 shell.
 L - beta lines: N shell e- 
 transition to fill vacancy in L 
 shell.
K alpha
K beta
M Shell
L alpha
N Shell
L beta
Jéssica Nogueira
Nota
K - linhas alfa: L camada e transição para preencher vaga no K camada. Transição mais freqüente, portanto, mais intenso pico.
Jéssica Nogueira
Nota
K - linhas beta: transições camada M para preencher vaga no K camada.
Jéssica Nogueira
Nota
Transições da camada M para preencher cacância na camada L
Jéssica Nogueira
Nota
Transição da camada N para preencher a vacância na camada L
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K & L Spectral Peaks
Rh X-ray Tube
L-lines
K-Lines
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Scatter
Some of the source X-
rays strike the sample 
and are scattered back 
at the detector. 
 
Sometimes called 
“backscatter”
Sample
SourceDetector
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
espalharnullAlguns dos raios X de origem atacar a amostra e são espalhados para trás para o detector.nullÀs vezes chamada de "backscatter"
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Rayleigh Scatter
• X-rays from the X-ray tube or target 
strike atom without promoting 
fluorescence.
• Energy is not lost in collision. (EI = 
EO) 
• They appear as a source peak in 
spectra.
• AKA - “Elastic” Scatter
EI
EO
Rh X-ray Tube
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Rayleigh Scatternull• Raios-X do tubo de raios-X ou alvo átomo de ataque sem promover fluorescência.null• A energia não se perde na colisão. (EI = EO)null• Eles aparecem como uma fonte de pico no espectro.null• AKA - Scatter "elástico"
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Compton Scatter
• X-rays from the X-ray tube or 
target strike atom without 
promoting fluorescence.
• Energy is lost in collision. (EI > 
EO)
• Compton scatter appears as a 
source peak in spectra, slightly less 
in energy than Rayleigh Scatter.
• AKA - “Inelastic” Scatter
EI
EO
Rh X-ray Tube
Jéssica Nogueira
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• Raios-X do tubo de raios-X ou alvo átomo de ataque sem promover fluorescência.null• A energia é perdida na colisão. (EI> EO)null• Compton dispersão aparece como um pico no espectro de fonte, um pouco menos de energia do que em Rayleigh Scatter.null• AKA - Scatter "Inelástica"
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Sum Peaks
 2 photons strike the detector at the same 
time.
 The fluorescence is captured by the 
detector, recognized as 1 photon twice its 
normal energy.
 A peak appears in spectra, at: 2 X 
(Element keV).
Jéssica Nogueira
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soma Picosnull- 2 fótons atingem o detector ao mesmo tempo.null- A fluorescência é captado pelo detector, reconhecido como um fotão duas vezes a sua energia normal.null- Um pico aparece em espectros, em: 2 X (Elemento keV).
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Escape Peaks
• X-rays strike the sample and 
promote elemental fluorescence. 
• Some Si fluorescence at the surface 
of the detector escapes, and is notcollected by the detector.
• The result is a peak that appears in 
spectrum, at: Element keV - Si 
keV (1.74 keV).
Rh X-ray Tube
1.74 keV
Jéssica Nogueira
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Raios-X da amostra ataque e promover a fluorescência elementar.null• Algumas Si fluorescência na superfície das fugas de detecção, e não é recolhida pelo detector.null• O resultado é um pico que aparece no espectro, em: Elemento keV - Si keV (1,74 keV).
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Brehmstrahlung
Brehmstrahlung (or Continuum) Radiation: 
German for “breaking radiation”, noise that appears in 
the spectra due to deceleration of electrons as they 
strike the anode of the X-ray tube.
Jéssica Nogueira
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BrehmstrahlungnullBrehmstrahlung (ou contínua) Radiação:nullAlemão para "radiação quebrar", o ruído que aparece no espectro devido à desaceleração dos elétrons conforme eles atingem o ânodo do tubo de raios-X
Introduction to XRF
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Interferences
Spectral Interferences
Environmental Interferences
Matrix Interferences
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Spectral Interferences
• Spectral interferences are peaks 
in the spectrum that overlap the 
spectral peak (region of interest) 
of the element to be analyzed.
• Examples: 
– K & L line Overlap - S & Mo, Cl 
& Rh, As & Pb
– Adjacent Element Overlap - Al & 
Si, S & Cl, K & Ca...
• Resolution of detector 
determines extent of overlap.
220 eV Resolution
140 eV Resolution
Adjacent Element Overlap
Jéssica Nogueira
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Interferências espectrais são picos no espectro que se sobrepõem do pico espectral (região de interesse) do elemento a ser analisado.null• Exemplos:null- K & L linha Sobreposição - S & Mo, Cl & Rh, Como e Pbnull- Adjacente Elemento Sobreposição - Al & Si, S & Cl, K & Ca ...null• Resolução do detector determina extensão da sobreposição.
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Environmental Interferences
• Light elements (Na - Cl) emit weak 
X-rays, easily attenuated by air.
• Solution:
– Purge instrument with He (less 
dense than air = less 
attenuation).
– Evacuate air from analysis 
chamber via a vacuum pump.
• Either of these solutions also 
eliminate interference from Ar 
(spectral overlap to Cl). Argon 
(Ar) is a component of air.
Air Environment
He Environment
Al Analyzed with Si Target
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
Jéssica Nogueira
Caixa de texto
• elementos leves (Na - Cl) emitem raios-X fracos, facilmente atenuado pelo ar.null• Solução:null- Instrumento purga com He (menos denso do que o ar = menos atenuação).null- Evacuar ar da câmara de análise através de uma bomba de vácuo.null• Qualquer uma destas soluções também eliminar a interferência de Ar (sobreposição espectral para Cl). argônio (Ar) é um componente do ar.
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Matrix Interferences
• Absorption: Any element can absorb or scatter 
the fluorescence of the element of interest.
• Enhancement: Characteristic x-rays of one 
element excite another element in the sample, 
enhancing its signal.
Influence Coefficients, sometimes called alpha 
corrections are used to mathematically correct for 
Matrix Interferences
Absorption/Enhancement Effects
Jéssica Nogueira
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• Absorção: Qualquer elemento pode absorver ou espalhar a fluorescência do elemento de interesse.null• Aperfeiçoamento: raios X característicos de um elemento excitar outro elemento na amostra, reforçando o seu sinal. nullCoeficientes de influência, às vezes chamado de correções alfa são usados para matematicamente correto para Matrix Interferências
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Absorption-Enhancement Affects
 Incoming source X-ray fluoresces Fe.
 Fe fluorescence is sufficient in energy to fluoresce Ca.
 Ca is detected, Fe is not. Response is proportional to concentrations of 
each element.
Red = Fe, absorbed
Blue = Ca, enhanced
Source X-ray
X-Ray Captured 
by the detector.
Sample
Jéssica Nogueira
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Fonte de entrada de raios-X fluorescente Fe.nullFe fluorescência é suficiente em energia para fluorescem Ca.null Ca é detectado, Fe não é. Resposta é proporcional à concentração denullcada elemento.
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Software
• Qualitative Analysis
• Semi-Quantitative Analysis (SLFP, NBS-
GSC.)
• Quantitative Analysis (Multiple intensity 
Extraction and Regression methods)
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Qualitative Scan Peak ID
 This spectrum also contrasts the resolution of a PIN diode detector 
with a proportional counter to illustrate the importance of detector 
resolution with regard to qualitative analysis. 
Automated Peak identification programs are a useful 
qualitative examination tool 
Element Tags
Jéssica Nogueira
Nota
Programas de identificação automatizada de pico são uma ferramenta útil exame qualitativo
Jéssica Nogueira
Nota
Este espectro também contrasta a resolução de um detector de diodo PIN com um contador proporcional para ilustrar a importância da resolução do detector em relação à análise qualitativa.
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Semi-Quantitative Analysis
• The algorithm computes both the 
intensity to concentration relationship 
and the absorption affects
• Results are typically within 10 - 20 % of 
actual values.
SLFP 
Standardless Fundamental 
Parameters
FP (with Standards)
NBS-GSC, NRLXRF, Uni-Quant, 
TurboQuant, etc…
 The concentration to intensity 
relationship is determined with 
standards, while the FP handles the 
absorption affects.
• Results are usually within 5 - 10 % 
of actual values
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Quantitative Analysis
C
on
ce
nt
ra
tio
n
Intensity
XRF is a reference method, 
standards are required for 
quantitative results. 
Standards are analysed, 
intensities obtained, and a 
calibration plot is generated 
(intensities vs. concentration).
 XRF instruments compare the 
spectral intensities of unknown 
samples to those of known 
standards.
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Standards
 Standards (such as certified reference materials) are 
required for Quantitative Analysis.
 Standard concentrations should be known to a better 
degree of precision and accuracy than is required for 
the analysis.
 Standards should be of the same matrix as samples to 
be analyzed.
 Number of standards required for a purely empirical 
method, N=(E+1)2, N=# of standards, E=# of Elements.
 Standards should vary independently in concentration 
when empirical absorption corrections are used.
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Sample Preparation
Powders: 
Grinding (<400 mesh if possible) can minimise scatter affects due to particle size. 
Additionally, grinding insures that the measurement is more representative of the 
entire sample, vs. the surface of the sample.
Pressing (hydraulically or manually) compacts more of the sample into the analysis 
area, and ensures uniform density and better reproducibility..
Solids: 
Orient surface patterns in same manner so as minimise scatter affects.
Polishing surfaces will also minimise scatter affects.
Flat samples are optimal for quantitative results. 
Liquids: 
Samples should be fresh when analysed and analysed with short analysis time - if 
sample is evaporative.
Sample should not stratify during analysis. 
Sample should not contain precipitants/solids, analysis could show settling trends with 
time.