Espectroscopia de raio-X Patricio

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Patrício Luciano Gaiondo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Espectroscopia de raio-X 
Licenciatura em Ensino de Química, Habilitação em Ensino de Biologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Púnguè 
Extensão de Tete 
2020 
 
 
Patrício Luciano Gaiondo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Licenciatura em Ensino de Química, Habilitação em Ensino de Biologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Púnguè 
Extensão de Tete 
2020
O presente trabalho a ser apresentado na cadeira 
de Química Física II, no curso de Licenciatura em 
Ensino de Química, Habilitação em Ensino de 
Biologia, na Universidade Púnguè - Extensão de 
Tete, como requisito de avaliação parcial, sob 
orientação de docente: 
MSc. Otílio Mulandeza 
 
Índice 
1. Introdução ........................................................................................................................... 5 
1.1. Objectivos ................................................................................................................ 5 
1.2. 1. Geral ................................................................................................................. 5 
1.2.2. Específicos ............................................................................................................ 5 
2. Espectroscopia de raios-X .................................................................................................. 6 
2.1 Raios-X ......................................................................................................................... 6 
2.2. Produção de Raios-X ................................................................................................... 6 
2.3. Radiação Sincrotrões ................................................................................................... 8 
3. Princípios básicos da espectroscopia de raio X .................................................................. 9 
3.1. Princípios Básicos de XAS e XPS ............................................................................... 9 
3.2. Princípio Básico de XPS – O Efeito Fotoelétrico ...................................................... 11 
4. Espectroscopia de absorção de raios-X ............................................................................ 13 
4.1 XAS ............................................................................................................................ 13 
4.2 Física de XAFS ........................................................................................................... 14 
4.2. Espectroscopia de fotoemissão de raios-X ................................................................ 16 
4.3.Teoriocamente ......................................................................................................... 17 
4.4. A fluorescência de raios X e seus princípios físicos .................................................. 17 
5. XRF e suas aplicações ...................................................................................................... 18 
6.Aplicação prática-determinação de estruturas de substâncias ........................................... 19 
6.1. Fluorescência de raios-x ............................................................................................ 19 
6.2. Espectroscopia de fluorescência de Raio-X aplicada a identificação elementar de 
amostra .............................................................................................................................. 20 
6.4. Fluorescência de raios-X com dispersão por comprimento de onda ......................... 21 
6.5.As primeiras aplicações dos raios-x ............................................................................ 21 
6.6. Interpretação da Radiação X .................................................................................. 21 
Conclusão ............................................................................................................................. 23 
Referências bibliográficas .................................................................................................... 24 
 
1. Introdução 
O presente trabalho debruçará acerca de espectroscopia de raio-X. Os raios-X são uma forma 
de radiação eletromagnética localizada entre a radiação ultravioleta (comprimentos de onda 
maiores) e os raios gama (comprimentos de onda menores) no espectro eletromagnético. Pós 
possui frequências >3 x 1018s−1. Rontgen descobriu os raios-X em novembro de 1895, em 
seu laboratório da universidade de Wursburg, na Alemanha, por meio de estudos de radiação 
por descargas de elétrodos em tubos de vidro a vácuo. 
Os raios X interagem com a matéria em, principalmente, duas formas diferentes, dependendo 
de sua energia e da composição do material. São elas: 
 Absorção Fotoelétrica: é aquela na qual o fótões de raios-X é absorvido e toda sua 
energia é transferida para um elétron. Acontece principalmente com raios X moles. 
 Espalhamento Comptão: é uma forma de espalhamento inelástico, onde o fótões 
incidente perde energia para, por exemplo, um elétron, e a radiação espalhada tem 
então um comprimento de onda maior do que o da radiação incidente. É o mecanismo 
predominante em raios X duros, e é o utilizado para gerar imagens médicas. 
1.1. Objectivos 
1.2. 1. Geral 
 Conhecer a espectroscopia de raio x 
 Conhecer os princípios básicos da espectroscopia de raio x 
1.2.2. Específicos 
 Identificar a origem dos raios X; 
 Descrever a produção dos raios x 
 Identificar a aplicação dos raio x 
 
 
 
2. Espectroscopia de raios-X 
2.1 Raios-X 
Os raios-X são uma forma de radiação eletromagnética localizada entre a radiação 
ultravioleta (comprimentos de onda maiores) e os raios gama (comprimentos de onda 
menores) no espectro eletromagnético. Tipicamente, suas energias estão na faixa entre 100 
eV e 100 keV, apesar de algumas aplicações industriais e medicinais utilizarem raios X com 
energias da ordem e 1 MeV. Raios X com energias de até 5 keV são chamados de raios-X 
moles, e com energias acima disso, de raios-X duros. Essa radiação possui comprimento de 
onda comparável ao tamanho dos átomos, energia suficientemente grande para ionizar 
moléculas e ainda tem um grande poder de penetração, o que faz com que seu uso seja bem 
variado tanto do ponto de vista científico quanto aplicado. 
 
 Os raios X interagem com a matéria em, principalmente, duas formas diferentes, dependendo 
de sua energia e da composição do material. São elas: 
 Absorção Fotoelétrica: é aquela na qual o fótões de raios-X é absorvido e toda sua 
energia é transferida para um elétron. Acontece principalmente com raios X moles. 
 Espalhamento Comptão: é uma forma de espalhamento inelástico, onde o fótões 
incidente perde energia para, por exemplo, um elétron, e a radiação espalhada tem 
então um comprimento de onda maior do que o da radiação incidente. É o mecanismo 
predominante em raios X duros, e é o utilizado para gerar imagens médicas. 
 
 
2.2. Produção de Raios-X 
Rontgen descobriu os raios-X em novembro de 1895, em seu laboratório da universidade de 
Würsburg, na Alemanha, por meio de estudos de radiação por descargas de eletrodos em 
tubos de vidro a vácuo. Porém, como a forma de obtenção de raios-X desenvolvidas por 
Röntgen era trabalhosa, e inviável comercialmente, em 1912 W. D. Coolidge nos laboratórios 
da General Electric em Nova York desenvolveu um novo tubo, onde elétrões eram 
produzidos em um filamento incandescente e subsequentemente acelerados na direção de um 
ânodo metálico resfriado por água, obtendo uma potência máxima em torno de 1kW. 
 
A produção dos raios X é explicada do seguinte modo: os elétron emitidos pelo cátodo são 
fortemente atraídos pelo ânodo, e chegam a este com grande energia cinética. Chocando-se 
com o ânodo, eles perdem a energia cinética, e cedem energia aos elétron que estão nos 
átomos do ânodo. Estes elétronsão então acelerados. E acelerados, emitem ondas 
eletromagnéticas que são os raios X. Já tínhamos visto, que os raios X são ondas 
eletromagnéticas de comprimento de onda muito pequeno. 
 
 
Propriedade dos raios X 
 
Sendo ondas eletromagnéticas, os raios X possuem todas as propriedades gerais dessas ondas, 
que o leitor já conhece para o caso da luz: 
 Sofrem reflexão, refração, interferência, difração, polarização. Propagam-se em linha 
reta, com velocidade igual à da luz. 
 Tornam fluorescentes muitos corpos sobre os quais incidem, como por exemplo, 
platino cianureto de bário (e por esta propriedade que permitiu sua descoberta). 
 Provocam ação química em certas substâncias. Por exemplo, impressionam chapas 
fotográficas. Esta propriedade é muito mais intensa nos raios X que na luz, porque, 
como eles têm menor comprimento de onda, têm maior energia que a luz. Eles 
impressionam chapas fotográficas mesmo quando elas estão protegidas por 
superfícies que a luz não atravessa, como por exemplo, caixas de papelão, ou papel 
preto, etc.. 
 Atravessam grandes espessuras de materiais. A facilidade maior ou menor com que 
os raios X atravessam as substâncias depende do comprimento de onda dos raios X, 
da espessura da substância e do seu peso atômico. Os raios X de menor comprimento 
de onda, da ordem de 0,01A, têm maior facilidade para penetrar nos corpos: são 
chamados raios X duros. 
 Ionizam as moléculas dos gases por onde passam, isto é, arrancam elétrons dessas 
moléculas.Como são ondas eletromagnéticas, e, portanto, não têm carga elétrica, não 
são desviados por campo elétrico, nem por campo magnético. 
 
 
Fonte: J. Als-Nielsen, D. Mcmorrow, 
 
 
2.3. Radiação Sincrotrões 
Vários aspectos de uma fonte de raios-X determinam a qualidade do feixe de raios-X 
produzido. Estes aspectos podem ser combinados em uma única qualidade, denominada 
brilhancia, a qual permite comparar a qualidade dos feixes de raios-X de diferentes fontes. 
Primeiramente, têm-se o número de fotõess emitidos por segundo (fótões/s), em seguida a 
colimação do feixe (dada em mili radianos=mrad). Isto descreve quanto o feixe está 
divergindo, ao se propagar. Em terceiro, considera-se a área da fonte (mm2), por sua 
relevância para focar o feixe. E finalmente, existe a relevância da distribuição espectral. 
Algumas fontes de raios-X produzem espectros bem suaves, outras têm picos até certas 
energias dos fotõess. Então ao se comparar a brilhancia de diferentes fontes, é importante 
considerar qual é a faixa de energia dos fotõess que está contribuindo para medida de 
intensidade. É convencionado então definir a faixa de energia do fóton como a energia 
relativa fixa da largura de banda (BW), a qual foi escolhida em 0,1%. Juntando estes aspectos, 
define-se a brilhancia como: 
Brilhancia= 
𝐹𝑜𝑡õ𝑒𝑠/𝑠
(𝑚𝑟𝑎𝑑)2. (𝑚𝑚2−á𝑟𝑒𝑎).(𝑜,1% 𝐵𝑊)
 
 
 
A ilustração da figura a seguir contém um histograma da evolução das fontes de raios-X. 
 
Brilho das fontes de raio-X em função de tempo 
 
3. Princípios básicos da espectroscopia de raio X 
3.1. Princípios Básicos de XAS e XPS 
 Os princípios básicos das espectroscopias de absorção e fotoeletrônica de raios-X (XAS e 
XPS) e seus principais equipamentos e métodos de tratamento de dados utilizados são 
introduzidos. 
A XPS permite a investigação da superfície, sendo principalmente usada na investigação de 
mudanças química e estrutural dos elementos presentes na superfície do material estudado. 
A XAS fornece informações do volume (bulk) da amostra e sonda a ordem a curto alcance 
ao redor do átomo de interesse. Os exemplos descritos mostram que essas técnicas são 
complementares na caracterização de materiais. 
Para a caracterização da superfície dos sólidos inorgânicos, vários métodos espectroscópicos 
e microscópicos são utilizados, uma vez que o estudo das propriedades superficial tem grande 
importância para diversas áreas, tais como catálise heterogênea, semicondutores, 
mecanismos de corrosão, atividade de superfícies metálica, propriedades ácidas de óxidos 
mistos, estudos e comportamento de membranas biológicas, cerâmicas, vidros etc. 
Dentre as técnicas espectroscópicas, a de fotoelétrons excitados por raios-X (X-Ray 
Photoelectron Spectroscopy, XPS, também conhecida por Electron Spectroscopy for 
Chemical Analysis, ESCA) é uma das mais utilizadas. Esta técnica fornece dados sobre a 
composição atômica da superfície, a identificação elementar, o estado químico e o número 
de coordenação dos átomos locados próximos a superfície da amostra. 
A técnica espectroscópica de elétrons Auger3 (Auger Electron Spectroscopy, AES) é 
empregada na análise qualitativa da superfície dos sólidos; outras técnicas espectroscópicas 
também podem ser utilizadas como a espectroscopia fotoeletrônica no ultravioleta4 
(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy, UPS), a espectrometria de massa de íões 
secundários5 (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS), a espectrometria de massa de 
microssonda laser6 (Laser Microprobe Mass Spectrometry, LMMS) e a microssonda 
eletrônica7 (Electron Microprobe, EM). 
As técnicas de XPS e XAS tornaram-se mais populares nas últimas décadas devido aos 
recentes avanços tecnológicos, tais como o desenvolvimento de instrumentação e de 
“softwares” necessários para a obtenção e processamento dos dados e também, à ampliação 
do conhecimento dos princípios físicos envolvidos e da matemática envolvida, que levaram 
a uma análise e interpretação mais precisa dos dados experimentais. As análises por XPS 
necessitam que a superfície investigada esteja livre de gases absorvidos, por isso o 
desenvolvimento de sistemas de ultra-alto vácuo (UHV) foi de grande importância. No caso 
da técnica de XAS, a utilização da luz síncrotron11 possibilitou um grande salto no uso 
dessas técnicas, uma vez que a fonte de luz síncrotrão gera elétrões de alta energia (E > 1 
GeV12), essencial para se obter espectros com uma boa relação sinal/ruído. 
 
 
3.2. Princípio Básico de XPS – O Efeito Fotoelétrico 
O princípio básico da técnica de XPS (espectroscopia fotoeletrônica de raios-X) é o efeito 
fotoelétrico que pode ser explicado através do diagrama de níveis de energia mostrado na 
abaixo. 
 
A energia transportada por um fotão de raios-X (hν) é absorvida pelo átomo alvo, levando a 
origem do estado excitado, que é relaxado pela emissão de um fotoelétrão (ionização de 
átomo) proveniente das camadas eletrônicas mais internas (cerne) do átomo. 
A energia cinética Ec do fotoelétrão que deixa o átomo alvo depende da energia do fótão 
incidente, hν, e é expressa pela lei fotoelétrica de Einstein, Ec = hν - E1 – ϕ, onde El é a 
energia de ligação do fotoelétrão com relação ao nível de Fermi e ϕ é a função-trabalho do 
espectrômetro, que é um fator que corrige o meio eletrostático em que o elétron é formado e 
medido [14]. Em XPS mede-se a intensidade de fotoelétrões N(E) como função de suas 
energias cinéticas (Ec). 
Uma técnica torna-se sensível à superfície se a radiação a ser detectada não “viajar” mais do 
que algumas camadas atômicas (0,5 a 3,0 nm) através dos sólidos. Os elétrões com energia 
cinética entre 10 e 1500 eV são ideais ao estudo de superfícies, pois seus caminhos livres 
médios nos sólidos são daquela ordem. Em XPS, os fotoelétrões possuem energia cinética na 
faixa de 100 a 1400 eV, e quando gerados próximos a superfície tornam esta técnica bastante 
adequada ao estudo da superfície de sólidos. 
 
As energias de ligação são não somente específicas para cada elemento como também contêm 
informações químicas, pois os níveis de energia dos elétrões de caroço dependem fracamente 
do estado químico do átomo. Estes deslocamentos químicos estão tipicamente no intervalo 
de 0 – 3 eV. Estes deslocamentos químicos podem ser explicados assumindo que a atração 
do núcleo por um elétron interno é diminuída pela presença de outros elétrões. Quandoum 
desses elétrons é removido, a carga efetiva sentida por um elétron interno é aumentada, 
ocorrendo assim um aumento nas energias de ligações [10, 18, 19]. 
A análise das energias de ligação do material deve ser acompanhada da análise de um padrão 
para que sejam avaliados os deslocamentos químicos oriundos de outros efeitos, tais como o 
carregamento nas superfícies isolantes e as variações na função-trabalho, cuja teoria ainda 
não esta bem estabelecida. 
Os picos fotoelétricos são superpostos por um fundo (background). Este background resulta 
de fotoelétrões produzidos dentro do ânodo da fonte de raios-X, que estiveram sujeitos a um 
ou mais processos de espalhamento inelástico antes de serem emitidos da superfície. 
Este espectro mostra picos provenientes de uma amostra contendo vários componentes 
suportados sobre alumina, utilizando radiação do ânodo de magnésio. Nota-se que as 
interferências por superposição de picos são insignificantes, pois os picos tendem a ser bem 
separados, até mesmo no caso de elementos adjacentes na tabela, como pode se obervar na 
figura abaixo. 
 
4. Espectroscopia de absorção de raios-X 
A espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) é conhecida desde 1920 quando Fricke e 
Hertz, de maneira independente, realizaram as primeiras experiências de XAS, embora não 
tenham apresentado uma descrição satisfatória para o fenômeno. Em 1930, Krones 
desenvolveu corretamente as ideias fundamentais, mas a interpretação permaneceu confusa 
até meados de 1970, quando Sayers, Stern e Lytle formularam a teoria que permanece aceita 
até hoje. 
Até meados dos anos 80, a utilização de XAS era limitada pela baixa energia das fontes de 
radiação contínua. 
4.1 XAS 
XAS é uma ferramenta única para estudar, em escalas atômica e molecular, a estrutura local 
em torno do um elemento selecionado que está contido em um material. 
XAS pode ser aplicado não apenas a cristais, mas também a materiais que possuem pouca ou 
nenhum ordenamento de longo alcance: sistemas amorfos, vidros, quasi-cristais, filmes 
desordenados, em estudos biológicos, biofísicos, médicos, engenharia, ciência dos materiais 
e geologia. 
A quantidade básica medida com XAS é o coeficiente de absorção μ(E) de raio-X, que 
descreve quão fortemente os raios-x são absorvidos como função da energia E dos raios-X. 
Geralmente μ(E) decresce suavemente à medida que a energia aumenta, ou seja, o raio-X 
torna-se mais penetrante. 
O termo “XAS” é amplo e compreende diversas técnicas diferentes: XAFS (X-ray 
Absorption Fine Structure) e esta podem ser divididas em EXAFS (Extended X-ray 
Absorption Fine Structure) e XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure), NEXAFS 
(Near Edge XAFS), e SEXAFS (Surface EXAFS). 
 
4.2 Física de XAFS 
XAFS é um fenômeno intrinsicamente quantu-mecânico que é baseado no efeito fotoelétrico 
de raio-X, no qual o raio-X incidente em um átomo contido em uma amostra é absorvido e 
libera elétrons de um orbital interno do átomo. O fotoelétron criado neste fenômeno pode se 
propagar como uma onda esférica. Neste caso, a onda de fotoelétron é espalhada pelos 
átomos vizinhos do átomo absorvedor de raio-X, criando interferências entre a função de 
onda parte retroespalhada pelos átomos vizinhos com a função de onda emitida pelo estado 
inicial. Assim, o estado final do elétron é oscilante devido à interferência ocorrida entre o 
estado inicial e final deste. 
 
A figura ilustração esquemática da absorção de um fótão por um átomo seguida da interação 
das funções de onda do fotoelétrão espalhado pelos átomos vizinhos com o fotoelétrão 
emitido pelo átomo absorvedor. 
Na medida de XAFS é possível obter o coeficiente de absorção da amostra em função da 
energia do fóton incidente, e esta grandeza é proporcional à probabilidade de transição 
eletrônica. Quando um feixe de raios-X de intensidade I0 atravessa uma amostra de espessura 
x, ele é atenuado ao ser absorvido pelos átomos da amostra, de modo que a intensidade 
transmitida I1 é dada pela lei de Beer-Lambert: 
 
Onde μ(E) é o coeficiente de absorção e E a energia do fóton incidente. Em quase todas as 
energias de raio-x, o coeficiente de absorção é uma função suave da energia, com um valor 
que depende da densidade da amostra ρ, número atômico Z e número de massa A, conforme 
a relação: 
 
O espectro de XAFS é tipicamente dividido em três regimes: região de pré-borda, região de 
borda de absorção, e as transições para o estado do contínuo que é subdividida em região de 
XANES e região de EXAFS. 
Região de pré-borda: refere-se a transições eletrônicas com absorção de energia menor que 
a energia de ligação, as quais ocorrem apenas quando o átomo absorvedor possui estados 
desocupados ou parcialmente desocupados. Tais transições têm poucas probabilidades e, 
portanto, produzem somente pequenas oscilações no espectro de absorção. A posição exata 
do pico depende de detalhes de estado de oxidação, sítio de simetria e da natureza da ligação; 
Borda de absorção: região caracterizada pelo aumento abrupto da absorção quando a 
energia absorvida é suficiente para retirar elétrons do átomo absorvedor; 
Transições para o estado do contínuo: correspondem a absorção de energias maiores que 
a energia de ligação, ocorrendo transições para o estado do contínuo, não localizados no 
átomo absorvedor e o excesso de energia é carregado pelo fotoelétron na forma de energia 
cinética. Esta região é subdividida em: 
a) Região de XANES: está compreendida na faixa de até 50eV acima da borda de absorção, 
a qual apresenta variações estreitas e intensas da absorção. O espectro XANES trabalha na 
região onde o comprimento de onda do fotoelétrão é da ordem das distâncias interatômicas 
e, portanto, o seu livre caminho médio é longo o suficiente para que possam ocorrer 
espalhamentos múltiplos antes que ele retorne ao átomo central. 
b) Região de EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure): a absorção de energia 
ocorre na faixa de 50 a 1000eV acima da borda de absorção e apresenta oscilações mais 
suaves na absorção. 
 
Ilustração do sinal XAFS pelo coeficiente de absorção em função da energia dos fótons 
incidentes 
4.2. Espectroscopia de fotoemissão de raios-X 
A espectroscopia de fotoemissão de raios X é um dos métodos experimentais mais 
importantes no estudo da estrutura eletrônica de moléculas, sólidos e superfícies. Vários 
fenômenos importantes em física atômica, molecular e do estado sólido foram 
compreendidos através desse método, além de ele ter implicações práticas em campos como 
química de superfícies e ciências dos materiais. 
4.3.Teoriocamente 
A técnica de PES é fundamentada no efeito fotoelétrico, no qual elétrões são ejetados de um 
átomo quando o mesmo é exposto à radiação com frequência suficientemente alta. 
 
Ilustração de fotoelétrico 
 
A equação que governa este fenômeno não é nada mais do que uma equação de conservação 
de energia, escrita como: 
 
Em que Ec, v e Ф são, respectivamente, a energia cinética máxima com a qual um eletrão 
pode ser ejetado, a frequência da luz incidente e a função trabalho do material, e h é a 
constante de Planck. 
 
4.4. A fluorescência de raios X e seus princípios físicos 
A XRF é uma técnica elementar não destrutiva capaz de realizar a análise e as determinações 
quantitativa e qualitativa da concentração de elementos em uma ampla variedade de tipos de 
amostras, em que suas aplicações incluem análises químicas de elementos em ciências 
ambientais, arqueologia, analise de meteoritos, análises biológicas e materiais, perfil de 
profundidade química em filmes finos e mapeamento químico. Basicamente, essa análise ´e 
feita e baseada em princípios físicos da fluorescência X, simples e bem conhecidos, de que 
os elementos químicos emitem radiações características quando submetidos a uma excitação 
adequada. 
A produção de radiação X experimentalmente no laboratório pode sergerada através do 
impacto de radiações de alta energia a partir de um tubo de raios X ou de uma fonte 
radioativa. 
Resumidamente, durante esse processo, a radiação de fluorescência emitida por um 
determinado elemento químico da amostra, ´e facilmente identificado devido a sua faixa de 
energia característica para emissão de raios X. Enquanto a concentração química pode ser 
obtida através da intensidade do pico gerado no espectro da amostra analisada. 
5. XRF e suas aplicações 
Atualmente as instrumentações que se baseiam em técnicas de raios X passaram a ser 
protagonistas no estudo de inúmeras aplicações de diversas áreas e deixaram de ser apenas 
utilizadas para a realização de diagnósticos m´edições. Com o desenvolvimento do 
conhecimento científico e tecnológico, a XRF começou a chamar a atenção de diferentes 
áreas em virtude do alto potencial que a t´técnica possui de fornecer informações de maneira 
não destrutiva. 
Desse modo, a XRF passou a ser empregada em pesquisas em ciências ambientais 
relacionadas à determinação de elementos químicos em ´aguas contaminadas e ´aguas 
naturais e também em estudos vinculados a análises de metais em solos. Além disso, na 
Botânica, ´e possível ver a técnica de XRF sendo utilizada na classificação de algumas 
espécies, géneros e famílias de plantas, além da possibilidade de analisar e determinar a 
presença de cobre e molibdênio em plantas. Em outras áreas, temos exemplos de aplicações 
em arqueologia sendo utilizada em análises de peças de ouro e em estudo de fluídos 
mineralizadores em depósitos epitermais. Além disso, ainda existem aplicações em 
arqueometria na análise de peças e acervos culturais. Em Geociência, é possível fornecer a 
determinação de compostos químicos em materiais geológicos. Através da técnica de XRF 
também é possível realizar a análise de elementos químicos presentes em amostras de 
meteoritos. 
Além disso, através da espectroscopia de XRF, é possível obter dados qualitativos e 
quantitativos relacionados respectivamente a possibilidade de colher dados referentes a 
concentração e percentagem de elementos químicos presente na amostra. A XRF tem se 
apresentado como uma t´técnica extremamente promissora e que vem trazendo bons 
resultados em áreas diversificadas e atualmente a XRF está cada vez mais encontrando seu 
caminho em diferentes campos de pesquisa científica. Assim, é possível inferir que a 
utilização da fluorescência de raios X pode ser considerada uma ferramenta de extrema 
relevância no estudo de materiais sólidos e líquidos. 
6.Aplicação prática-determinação de estruturas de substâncias 
6.1. Fluorescência de raios-x 
A análise por fluorescência de raios-X pode ter fins qualitativos ou quantitativos e se baseia 
na medição das intensidades dos raios-X característicos emitidos pelos elementos que 
constituem a amostra, quando excitada por partículas como electrões, protons ou íons 
produzidos em aceleradores de partículas ou ondas eletromagnéticas, além do processo mais 
utilizado que é através de tubos de raios-X (MELO JÚNIOR, 2007). 
A primeira evidência da aplicação de raios-X para análise elementar foi descrita por 
BARCKLA no começo do século passado, a partir da observação dos espectros 
característicos de raios-X (RIBEIRO, 2006). 
 
Figura: esquema dos componentes internos de um espectro de fluorescencia de raios – X 
 
Em 1907, BARCKLA e C. A. SADLER descobriram que a radiação secundária é homogênea 
e que a radiação proveniente de elementos mais pesados pode ser de dois tipos característicos. 
BARCKLA deu aos dois tipos de emissões características os nomes de série K (para as 
emissões mais penetrantes) e série L (para as menos penetrantes). E mostraram que estas 
radiações características eram emitidas somente após um elemento pesado ter sido exposto à 
radiação X "mais dura" que suas próprias emissões características. Esta descoberta foi a 
primeira indicação de que emissões de raios-X são monocromáticas (CBPF, 2013). 
6.2. Espectroscopia de fluorescência de Raio-X aplicada a identificação elementar 
de amostra 
Quando um determinado material é bombardeado por um feixe de radiação de alta energia 
(raios-X e γ), ele absorve os fotons que possuem energia suficiente para excitar 
principalmente os electrões das camadas atômicas mais internas, que ao retornarem ao estado 
fundamental, emitem fótons de energia igual à diferença energética entre dois níveis atômicos 
(LACHANCE, 1993), denominada radiação característica. 
A fluorescência é caracterizada pela emissão de luz por um átomo excitado por qualquer 
razão que não seja apenas de origem térmica e por um tempo de emissão de aproximadamente 
10-8 segundos após a excitação (BLACK, 1965). 
 
 
Figura: Exemplo de Difratogramas de Amostras Calcinadas Entre 110 a 1200 °C. Fonte: 
(ANJOS et al., 2000) 
6.4. Fluorescência de raios-X com dispersão por comprimento de onda 
A fluorescência de raios-X com dispersão por comprimento de onda, desenvolveu-se nos 
meados da década de 60 (IAEA, 1999). No WDXRF usam-se cristais que difratam os raios-
X, dependendo do comprimento de onda em ângulos que estão sujeitos a sua energia (Lei de 
Bragg). Com um arranjo mecânico adequado, a radiação da amostra chega ao detector de 
forma monocromática. Existem equipamentos seqüenciais e simultâneos (IAEA, 1999). 
A difração dos raios-X característicos é a essência da análise química em espectrômetros 
do tipo WDXRF, pois permite a separação da radiação secundária através do espalhamento 
em ângulos distintos, permitindo analisar a composição química dos materiais. O sistema de 
detecção é sequencialmente posicionado, com auxílio de um goniômetro preciso, em ângulos 
de espalhamento calculados pela equação de Bragg. 
Para a determinação analítica desses metais, pode-se citar as técnicas colorimétrica, 
espectrometrias de absorção atômica, de fluorescência atômica, de fluorescência de raios-X, 
de emissão atômica e de massa. As técnicas de espectrometria atômica são extensivamente 
empregadas para a quantificação de espécies metálicas em baixas concentrações (PEREIRA 
& ARRUDA, 2003). 
6.5.As primeiras aplicações dos raios-x 
Cerca de 2 anos apenas após os trabalhos pioneiros de Roentgen, a primeira e imediata 
aplicação dos raios-x era a visualização das estruturas ósseas. Os raios-x permitiam a 
aplicação da fotografia para fins médicos e clínicos. A anatomia humana (e a de animais) 
jamais tinha sido investigada dessa forma, ainda mais com pessoas vivas, saudáveis ou não. 
As primeiras radiografias as áreas clínicas foram feitas em um hospital de Birmingham 
(Inglaterra) em fevereiro de 1896.45 Ainda naquele ano hospitais já dispunham de 
departamentos de radiologia. As imagens de raios-x não eram reconhecíveis de modo 
imediato. A interpretação exigia treinamento do médico ou operador. 
6.6. Interpretação da Radiação X 
Antigamente era comum a confusão que se fazia entre raios-x e os raios catódicos. 
Não apenas os jornais usavam indistintamente esses dois termos, mas também alguns físicos. 
É importante salientar que a caracterização da natureza dos raios catódicos (feixe de 
partículas de carga elétrica negativa – os eletrões) foi fruto do trabalho de Joseph John 
Thomson, cerca de 2 anos após a descoberta dos Raios-X por Roentgen. 
Em busca de uma explicação para tal fenômeno, diversas hipóteses foram levantadas, como: 
 Os Raios-X eram ondas eletromagnéticas transversais de pequeno comprimento de 
onda, semelhantes à radiação ultravioleta; 
 Esses raios seriam ondas eletromagnéticas longitudinais (hipótese levantada pelo 
próprio Roentgen); 
 A radiação X corresponderia a pulsos não periódicos de radiação eletromagnética; 
 Os Raios-X eram de natureza corpuscular, formados por raios catódicos modificados 
(neutros). Depois de extensivos experimentos, a polêmica foi decidida 
favoravelmente à primeira hipótese. 
Quando, em 1905, Albert Einstein(1879-1955) propôs a ideia do fotão de energia, um 
conceito que admitia um caráter corpuscular para a luz, foi possível calcular o comprimento 
de onda associado aos raios-x, mas evidências experimentais concretas de seu caráter 
corpuscular só surgiriam na década seguinte: em 1912, Max von Laue (1879-1960) e seus 
estudantes Walter Friedrich (1883-1968) e Paul Knipping (1883-1935) descobriram a 
difração dos raios-x em cristais de sulfeto de zinco (ZnS), uma experiência definitiva para o 
estabelecimento do caráter ondulatório dessa radiação. 
Atualmente sabe- se que s raios-x possuem alta energia e são radiações ionizantes, como as 
emissões nucleares (radiação gama). Os raios-x não emitidos por desequilíbrio nuclear são 
considerados fontes artificiais de radiação. O comprimento de onda da luz visível é mil vezes 
maior que o dos raios-x. 
 
 
 
Conclusão 
No presente trabalho conclui-se que: Os raios-X são uma forma de radiação 
eletromagnética localizada entre a radiação ultravioleta (comprimentos de onda maiores) e 
os raios gama (comprimentos de onda menores) no espectro eletromagnético. 
A descoberta dos raios-x representou um dos grandes feitos da inteligência humana no final 
do século XIX, tendo uma repercussão imediata em todo o mundo. Em paralelo aos esforços 
de interpretação da radiação x, muitas especulações foram feitas, vindo a causar um grande 
interesse e fascínio nos cientistas e nos cidadãos comuns. Embora a reação em geral tenha 
sido de deslumbramento com aquela nova radiação, outras posturas foram observadas, 
mostrando uma relação de repulsa ou de medo/insegurança pessoais. 
Para estudar, em escalas atômica e molecular, a estrutura local em torno do um elemento 
selecionado que está contido em um material, usa-se a técnica de XAS sigla em inglês (X-
Ray Absorption Spectroscopy). XAS pode ser aplicado não apenas não apenas a cristais, mas 
também a materiais que possuem pouca ou nenhum ordenamento de longo alcance: sistemas 
amorfos, vidros, quasi-cristais, filmes desordenados, em estudos biológicos, biofísicos, 
médicos, engenharia, ciência dos materiais e geologia. 
 
 
 
 
 
 
 
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