aula raios X instrumenal

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DEQ/UFPE
Universidade Federal de Pernambuco
Centro de Tecnologia e Geociências
Departamento de Engenharia Química
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Prof. Daniella Carla Napoleão
Espectrometria de Raios X
Raios X: são constituídos por radiação eletromagnética com
comprimento de onda curto, produzida pela desaceleração de
elétrons ou pela transição eletrônica de elétrons dos orbitais
internos dos átomos.
Para termos analíticos são gerados 4 formas de raios X:
• Bombardeamento de um alvo metálico com feixe de
elétrons de alta energia;
• Exposição de uma substância a um feixe primário de raios
X que irá gerar um feixe secundário;
• Uso de uma fonte radioativa, cujo processo de decaimento
resulta na emissão de raios X;
• A partir de uma fonte da radiação síncroton (acelerador de
partículas em que existe a presença de campos elétrico e
magnético).
Raios X
Bombardeamento de um alvo metálico: dentro do tubo de
raios X, os elétrons produzidos no catodo, são acelerados na
direção do alvo (anodo metálico) por uma diferença de potencial
em torno de 100 kV.
O tubo de filamento e um anodo estão em uma caixa de alto 
vácuo de metal. O filamento é aquecido por uma corrente 
elétrica que, em seguida, emite elétrons por emissão termiônica.
Raios X
Raios X
As fontes de raios X frequentemente produzem dois tipos de
espectros: contínuos e de linha.
Espectros contínuos de fontes de feixe de elétrons: Uma vez
entendido o bombardeamento, verifica-se que quando os elétrons
colidirem uma parte da energia será convertida em raios X:
• Contínuos: são caracterizados por um �0 limite, dependente do
valor da voltagem aplicada.
• Linha: são caracterizados por emitir um espectro superposto ao
contínuo.
Raios X
• Contínuo
� Resulta da desaceleração do elétron durante a penetração no
anodo;
� Trata-se de uma curva de contagens por
segundo, versus comprimento de onda do raio X;
RELEMBRANDO: um fóton de radiação, com frequência f,
transporta uma energia hf=hc/�, onde � é o comprimento de onda da
radiação. Logo, o raio X emitido deverá ter energia máxima igual à
energia do elétron incidente.
Raios X
Espectro contínuo: resultante da colisão do feixe de elétrons
acelerados com os elétrons alvo.
COLISÃO DESACELERAÇÃO DO ELÉTRON
EMISSÃO DO FÓTON
Energia do fóton: o abaixamento da energia cinética varia de 
colisão pra colisão de forma contínua em um grande 
intervalo.
Raios X
Espectro contínuo:
Observe que a intensidade do espectro aumenta com a 
tensão e o limite mínimo de comprimento de onda muda 
para comprimentos de ondas menores, ou seja, as 
energias mais elevadas.
Raios X
Espectro contínuo
�0 = frequência máxima da radiação, que pode ser produzida pela
voltagem V;
�0= comprimento de onda limite da radiação;
V.e = Ec de todos os elétrons do feixe.
Raios X
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Raios X
Espectros de linhas de fontes de feixe de elétrons: esses espectros
são extremamente simples quando comparados com a emissão
ultravioleta. Para elementos químicos, como o molibdênio (Z=23),
verifica-se linhas em diferentes comprimentos de onda:
• Grupo de comprimentos de ondas menores: série K;
• Grupo de comprimentos de ondas maiores: série L.
� Elementos com Z< 23, só possuem a série K.
Raios X
A fonte de decaimento e a emissão de raios X – espectros de
fontes radioativas:
Os raios gama que não podem ser distinguidos dos raios X, são
produzidos em reações intranucleares.
Os processos de emissão alfa e beta deixam o núcleo num estado
excitado, fazendo com que seja liberado um ou mais quanta de raios
gama, retornando após ao estado fundamental.
Captura de elétrons ou 
captura K: produção dos 
raios X.
Raios X
A fonte de decaimento e a emissão de raios X – espectros de
fontes radioativas:
Raios X
A fonte de decaimento e a emissão de raios X – espectros de
fontes radioativas:
Com a captura K ocorrem transições eletrônicas para o orbital vazio,
sendo verificada a formação de um elemento com um número
atômico mais baixo.
A linha resultante de manganês K
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provou ser útil para métodos de 
fluorescência e de absorção.
Raios X
A fonte de decaimento e a emissão de raios X – espectros de
fontes radioativas:
Fontes de radioisótopos comuns para raios X.
Raios X
Absorção de Raios X: a intensidade de um feixe de raios X ao
atravessar um material diminui pela existência de dois fenômenos:
absorção e dispersão (espalhamento).
O efeito de espalhamento é muito pequeno e pode ser negligenciado
em comprimentos de onda em que ocorre considerável absorção.
Raios X
Absorção de Raios X
Raios X
Coeficiente de Absorção:
ALei de Beer aplica-se à radiação de raios X da mesma forma que às
demais radiações eletromagnéticas, podendo-se escrever:
Raios X
Coeficiente de Absorção:
Pode-se ainda escrever:
Raios X
Difração de Raios X
Raios X
Difração de Raios X
REDE CRISTALINA
Raios X
Difração de Raios X
REDE CRISTALINA
Raios X
Fluorescência de Raios X
É possível induzir transições eletrônicas entre os orbitais mais
internos dos átomos utilizando radiações eletromagnéticas de energia
adequada (raios X e raios gama).
A energia da radiação de fluorescência identifica o elemento,
enquanto sua intensidade permite que seja medida sua concentração
na amostra analisada mediante uma prévia calibragem.
A baixa penetração dos raios X de florescência na matéria, da
ordem dezenas de microns, em função do elemento florescente e
da matriz, limita a informação analítica aos estratos mais
superficiais do material estudado.
Raios X
Instrumentação
Do ponto de vista da utilização a instrumentação de FRX pode ser
dividida em duas grandes categorias: os espectrômetros de
laboratório e os espectrômetros portáteis.
O espectrômetro portátil é um aparelho que pode ser usado in situ e
permite aproximação adequada do objeto a analisar, garantindo, ao
menos por linha de princípio, a não - destrutividade da técnica.
Raios X
Fluorescência de Raios X
A fluorescência de raios-X (XRF ou FRX) utiliza sinais de raios-X
para excitar uma amostra desconhecida. Os elementos individuais
presentes na amostra emitem seus raios-X característicos
(fluorescentes). O EDX detecta estes raios-X e, qualitativamente,
determina quais elementos estão presentes no material.
Raios X
Aplicações da Fluorescência de Raios X
São diversos os setores e aplicações, dentre eles:
• Metais;
• Triagem de sucatas;
• Identificação positiva de materiais;
• Mineração e exploração;
• Análise ambiental e de solos;
• Arte e Arqueologia;
• Pesquisa e Ensino.
Raios X
Componentes dos instrumentos: os instrumentos de raios X
apresentam componente que são análogos aos da absorção e da
emissão. Sendo eles:
• Fonte;
• Dispositivo para restringir a faixa do comprimento de onda;
• Compartimento para a amostra;
• Detector de radiação;
• Dispositivo de saída.
Raios X
Fontes: Três tipos são empregadas, são elas: tubos, radioisótopos e
fontes secundárias de fluorescência.
Tubo de raios X: é a mais comum, apresentando-se de vários
formatos. Trata-se de um tubo com alto vácuo em que se tem um
catodo (de tungstênio) e um anodo volumoso (geralmente um bloco
pesado de cobre). A produção de raios X se dá pelo bombardeamento
de elétrons.
Radioisótopos: várias substâncias têm sido usadas, sendo o
radioisótopo encapsulado, para prevenir a contaminação e protegido
para absorver radiação em todas as direções. A grande maioria
produz espectros de linhas simples, outras um contínuo.
Raios X
Fontes: Três tipos são empregadas, são elas: tubos, radioisótopos e
fontes secundárias de fluorescência.
Fontes secundárias de fluorescência: esse arranjotem a vantagem de
eliminar a radiação contínua emitida pelo alvo primário.
Exemplo: um tubo de raios X com alvo de tungstênio pode ser usado
para excitar linhas K� e K� do molibdênio.
Raios X
Fontes
Raios X
Filtros para raios X: tanto os filtros como os monocromadores são
utilizados com o objetivo de se trabalhar com uma faixa de
comprimentos de ondas estreita.
Geralmente, a linha K� e a parte do contínuo emitido é removido,
ficando a linha K� pura livre para análises. Quando a radiação
monocromática é produzida desse jeito tem-se larga aplicação na
difração e raios X.
Outra forma de filtrar o contínuo de um tubo se dá utilizando tiras de 
metal.
Raios X
Monocromadores de raios X: consiste de um par de colimadores de
feixe, que tem a mesma a função das fendas de um instrumento
óptico, e de um elemento dispersivo (monocristal).
Transdutores de Raios X: responsáveis por converter a energia
radiante em um sinal elétrico, são empregados três tipos:
transdutores a gás, contadores de cintilação e transdutores de
semicondutores.
Transdutores a gás: a radiação de raios X passa através de um gás
inerte (Ar, Xe, Kr) promovendo a produção de íons gasosos
positivos e elétrons para cada quanta de raios X.
Raios X
Contadores de cintilação: no começo a técnica envolvia uma
contagem manual de flashes, que eram produzidos quando os fótons
batiam em uma tela de sulfeto de zinco. Hoje a contagem da
cintilação é feita por tubos fotomultiplicadores.
Raios X
Detectores de Raios X: define o tipo do equipamento de Raio-X,
são utilizados:
• Filme Fotográfico (possui uma câmara que proteja o filme da luz
ambiente);
• Contador Geiger: é um tipo de transdutor a gás (tubo cilíndrico
revestido metalicamente, com uma janela de recepção dos raios na
extremidade);
• Contador Proporcional (semelhante ao anterior, possui a janela de
recepção dos raios-X localizada na lateral do tubo );
• Contador de Cintilação: (consiste de um cristal de iodeto de sódio
ativado por tálio, montado em uma válvula fotomultiplicadora).
Raios X
Porque usar a técnica de raios X?
a) Trata-se de uma técnica elementar, que permite identificar
materiais componentes de um objeto, como também o estudo de
sua proveniência e tecnologias de fabricação;
b) Não é destrutiva, prestando-se à analise de objetos únicos e de
grande relevância;
c) Adequa-se à instrumentação portátil, possibilitando seu emprego
no interior de museus e de laboratórios de restauro para análise
de obras de difícil locomoção, por serem frágeis ou de grandes
proporções.
d) Análise rápida e completa;
e) Elevada exatidão e precisão.
Raios X
Desvantagens:
• Menor sensibilidade que métodos ópticos;
• Não aplicável a elementos leves (sobretudo com elementos com
Z<23);
• Elevado custo.