Científicos de la Facultad de Química de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú han realizado cálculos y derivado nuevas ecuaciones para realizar análisis de fluorescencia de rayos X con mayor precisión en comparación con los algoritmos actuales. Este método no requiere una gran cantidad de materiales de referencia y funciona con muestras de composición compleja. Los químicos han representado su investigación en la revista Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección B:Interacciones del haz con materiales y átomos .
El análisis de fluorescencia de rayos X (análisis XRF) es un método para detectar las composiciones químicas de sustancias. Esta técnica se basa en la medición y análisis de espectros de irradiación de rayos X. Al interactuar con fotones, los átomos del material de referencia se excitan, después de lo cual regresan a su estado fundamental. Durante la irradiación, cada átomo emite un fotón con energía definida, que proporciona a los químicos información sobre la estructura de la sustancia.
Los tubos de rayos X se utilizan a menudo como fuente de radiación. Los materiales de referencia con composición conocida permiten a los investigadores determinar el contenido de elementos a partir de la intensidad de radiación medida. Uno de los problemas no resueltos del análisis de fluorescencia de rayos X es la presencia de una cantidad sustancial de elementos ligeros (períodos II-III del sistema periódico de Mendeleev) en muchas muestras reales. Muy a menudo, la radiación de estos elementos ligeros no se puede registrar. La radiación de fluorescencia de rayos X de elementos ligeros se conoce como radiación suave (onda larga), por lo que los investigadores no pueden usar cristales de sal para analizar la longitud de onda de la radiación, ya que las distancias entre los planos donde se encuentran los átomos de estos cristales son demasiado pequeñas.
Al mismo tiempo, rejillas de difracción ordinarias, a saber, los dispositivos ópticos compuestos por un conjunto de ranuras situadas regularmente también son inadecuados. La razón es que son apropiados para la radiación con una longitud de onda de aproximadamente decenas o cientos de nanómetros, en lugar de radiación con una longitud de onda de varios nanómetros. Por tanto, la única solución es utilizar espejos sintéticos multicapa costosos, que no están disponibles en todos los espectrómetros.
También existe un problema fundamental de bajo rendimiento de fluorescencia de elementos ligeros. Esto significa que se necesitan tubos de rayos X muy potentes, lo que lleva a aumentos de costos. Es más, tales procesos son más complicados que los de excitación de elementos pesados, y no se estudian también, por lo que las técnicas tradicionales de análisis de fluorescencia de rayos X no garantizan buenos resultados todo el tiempo.
Andrey Garmay, estudiante de doctorado en el Departamento de Química Analítica de la Facultad de Química de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú y uno de los autores del proyecto, dice, "Hay tres dificultades con el oxígeno, carbono y otros elementos ligeros:uno técnico y dos fundamentales. Necesita dispositivos costosos para resolver el primer y segundo problema e investigación física fundamental para resolver el tercero. Hoy en día, Los métodos indirectos de determinación del contenido de elementos ligeros son más baratos y precisos. incluso cuando se dispone de buen equipo. Por eso también estamos avanzando en esta misma dirección ".
También surgen dificultades en el caso de diferentes objetos no estándar, por ejemplo, productos tecnológicos de forma compleja, si no es fácil encontrar materiales de referencia adecuados para ellos. Al mismo tiempo, las técnicas analíticas más precisas funcionan en rangos estrechos de composiciones de muestras y, a menudo, requieren docenas de materiales de referencia.
Garmay dice:"Teniendo en cuenta la experiencia del análisis XRF, en lugar de las intensidades absolutas de la radiación de los elementos, usamos sus proporciones y también la proporción de intensidades de la radiación característica del tubo de rayos X, coherentemente (sin cambio de longitud de onda) a incoherentemente (la energía de una parte de los fotones dispersos es menor que la energía de los cuantos de haz iniciales) dispersados por una muestra. Hemos logrado derivar nuevas ecuaciones para realizar análisis con una precisión igual o incluso mayor que los algoritmos existentes. Al mismo tiempo, estas ecuaciones no requieren más de uno o dos materiales de referencia y podrían operar en amplios rangos de composiciones de muestra ".
Los científicos comenzaron a utilizar un método estándar interno para neutralizar el impacto de los factores experimentales, cambiando de una medida a otra, sobre la respuesta analítica. Por lo tanto, estos factores, influir en dos señales cercanas en el espectro de forma aproximadamente idéntica, compensarse entre sí y el error de medición se reduce cuando se utilizan las relaciones de estas señales. Los químicos utilizaron cálculos para volverse menos dependientes de las costosas muestras estándar y operar en rangos más amplios de composiciones de muestras.
Es más, el método elaborado por los químicos ha resultado ser el único adecuado para el análisis de objetos no estándar con alto contenido de elementos ligeros no detectados en ausencia de materiales de referencia adecuados.
Garmay dice:"Inicialmente, buscábamos algunas herramientas para mejorar la precisión del análisis de muestras de acero, pero despues, enfrentó un problema de análisis de material de óxido. Y dado que nuestro espectrómetro no pudo registrar la radiación de oxígeno, tuvimos que buscar otros medios, partiendo de técnicas existentes. Hemos estudiado ecuaciones fundamentales, conectando las intensidades de la radiación característica y de dispersión con la composición de los materiales de referencia y las nuevas fórmulas simplificadas derivadas para nuestro análisis ".
En el transcurso del trabajo, los científicos midieron espectros de muestras de acero de alta aleación, muestras de material de mineral de hierro y una mezcla en polvo de óxidos metálicos de composición conocida. Usando el nuevo enfoque, junto con otras técnicas de análisis XRF bien probadas, los químicos realizaron análisis y se aseguraron de que la herramienta elaborada produce resultados más precisos, especialmente en ausencia de materiales de referencia adecuados.
Los científicos aún necesitan demostrar experimentalmente que su método es aplicable para la determinación no solo de elementos del período IV, pero también de elementos más pesados. Aparte de eso, los investigadores van a optimizar el procedimiento de análisis y facilitarlo sin pérdida de precisión.
Andrey Garmay dice:"A largo plazo, vamos a comprobar si es posible estimar la composición cualitativa de elementos luminosos no detectados, a juzgar por la distribución de la longitud de onda de la radiación bremsstrahlung de un tubo de rayos X, esparcidos por una muestra. Esto podría hacer que nuestro método sea más universal ".
