Principe XRF

XRF apparatuur maakt gebruik van een röntgenbuis waarmee de kwalitatieve en kwantitatieve bepaling van de chemische samenstelling van vaste stoffen plaatsvindt. Deze röntgenbuis bestraald het monstermateriaal met hoog energetische fotonen. De straling veroorzaakt fluorescerende röntgenstraling die karakteristiek is voor die chemische elementen die alleen voorkomen in het betreffende monstermateriaal.

Om de werking van de XRF techniek te kunnen begrijpen is kennis over de opbouw van een atoom nodig. Een atoom is volgens het klassieke atoommodel opgebouwd uit verschillende schillen. De verschillende schillen bestaan uit wiskundig berekende ‘banen’ waarin de elektronen van het atoom zich bevinden. Voor iedere baan beschrijft een wiskundige formule de waarschijnlijkheid om het elektron ergens aan te treffen. Elke baan heeft een bepaald energieniveau ten opzichte van de kern. Deze hoofdschillen worden met de letters K, L, M, N, O, P en Q aangeduid. Deze namen worden vooral nog veel gebruikt bij röntgenstraling, om aan te geven welke binnenschillen betrokken zijn bij de elektronische overgang die de straling veroorzaakt

In een stabiele vorm zal een atoom zijn laagst gelegen schillen vullen met elektronen. In deze vorm bezit het atoom namelijk een minimale energetische waarde. De röntgenbuis van de XRF handheld creëert energie waardoor een elektron uit de binnenste orbitalen (schillen) ‘verplaatst’ wordt (zie figuur hieronder)

Emissie van röntgenstraling

Hierdoor wordt het atoom instabiel. Het atoom wil zich weer stabiliseren door een elektron uit een ‘hogere’ orbitaal te verplaatsen naar de leeggevallen plek op de lagere orbitaal. Bij deze verplaatsing komt fluorescerende röntgenstraling vrij (in elektronVolt). De vrijkomende fluorescerende röntgenstraling is karakteristiek voor elk atoom. De intensiteit van de straling is een maat voor het gehalte van de separate elementen. De XRF handheld verwerkt de intensiteit tot een tabel met meetwaarden (zie onderstaande figuur). Deze analyse vindt plaats door een detector die de fluorescerende en teruggekaatste röntgenstraling van het monstermateriaal omzet in meetbare elektronische signalen. Deze signalen worden omgezet in elementgehaltes door het tellen van de signalen met een bepaald energieniveau per tijdseenheid.

Werkingsprincipe van de XRF-handheld

XRF apparatuur beschikt over drie filters. Deze drie filters zorgen ervoor dat verschillende specifieke niveaus op het bodemmonster worden uitgestraald. In de software van de H-XRF is aangegeven welke elementgehalten in de diverse filters worden bepaald. Het gebruik maken van diverse filters zorgt ervoor dat de overlap van diverse röntgenlijnen wordt geminimaliseerd en dat elk elementgehalte afzonderlijk bepaald kan worden. Van elk element is bepaald met welk filter het gehalte het beste kan worden bepaald. De XRF handheld kan de volgende elementen meten: Ag, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Hg, K, Mn, Mo, Ni, Pb, Pd, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Te, Ti, V, Zn en Zr.