[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2021\/12\/13\/rontgenfluoreszenzanalyse-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2021\/12\/13\/rontgenfluoreszenzanalyse-wikipedia\/","headline":"R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse \u2013 Wikipedia","name":"R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse \u2013 Wikipedia","description":"Die R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (RFA), auch R\u00f6ntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS) genannt (englisch X-ray fluorescence spectroscopy, XRF spectroscopy) ist eine Methode aus der Materialanalytik auf","datePublished":"2021-12-13","dateModified":"2021-12-13","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d2\/20180221-OSEC-LSC-0055_%2839518128545%29.jpg\/220px-20180221-OSEC-LSC-0055_%2839518128545%29.jpg","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d2\/20180221-OSEC-LSC-0055_%2839518128545%29.jpg\/220px-20180221-OSEC-LSC-0055_%2839518128545%29.jpg","height":"147","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2021\/12\/13\/rontgenfluoreszenzanalyse-wikipedia\/","wordCount":7671,"articleBody":"Die R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (RFA), auch R\u00f6ntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS) genannt (englisch X-ray fluorescence spectroscopy, XRF spectroscopy) ist eine Methode aus der Materialanalytik auf Grundlage der R\u00f6ntgenfluoreszenz. Sie ist eine der am h\u00e4ufigsten eingesetzten Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der elementaren Zusammensetzung einer Probe, da die Proben durch die Messung nicht zerst\u00f6rt werden und keine Aufschl\u00fcsse ben\u00f6tigt werden. Besonders breite Anwendung findet sie in der metallverarbeitenden Industrie, bei der Untersuchung von Glas, Keramik und Baustoffen sowie bei der Analyse von Schmierstoffen und Mineral\u00f6lprodukten. Die Nachweisgrenze liegt etwa bei einem Mikrogramm pro Gramm (ppm).  Sie geht auf Versuche von Richard Glocker (1890\u20131978) und Hans-Wilhelm Schreiber aus den Jahren 1929 zur\u00fcck.Bei der R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse wird die Technik der Fluoreszenzspektroskopie auf R\u00f6ntgenstrahlung angewendet. Die Materialprobe wird dabei entweder durch polychromatische R\u00f6ntgenstrahlung, Gamma- oder Ionenstrahlung angeregt (Anregung mit Elektronenstrahl \u2192 EDX). Dabei werden kernnahe Elektronen von inneren Schalen des Atoms herausgeschlagen. Dadurch k\u00f6nnen Elektronen aus h\u00f6heren Energieniveaus zur\u00fcckfallen. Die dabei freiwerdende Energie wird in Form von elementspezifischer Fluoreszenzstrahlung abgegeben. Diese Fluoreszenzstrahlung kann von einem Strahlungsdetektor ausgewertet werden. Die R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse erm\u00f6glicht eine Identifizierung und Konzentrationsbestimmung aller Elemente ab Ordnungszahl Z = 5 (Bor)[1] (also nicht: H (Wasserstoff), He(lium), Li(thium) und Be(ryllium)) in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen. Besonders leistungsf\u00e4hig ist der Nachweis von geringen Verunreinigungen, wie beispielsweise Schwermetallen, die eine hohe Ordnungszahl haben. Das f\u00fcr Stahl wichtigste Legierungselement Kohlenstoff kann jedoch nur mit gro\u00dfem Aufwand nachgewiesen werden.  Es existieren bez\u00fcglich Anregung und Auswertung verschiedene Verfahren, die f\u00fcr unterschiedliche Einsatzzwecke optimiert sind. Die folgende Aufstellung einiger RFA-Messverfahren kann, auf Grund der zugrunde liegenden Komplexit\u00e4t, leider nie ganz vollst\u00e4ndig sein und wird daher stets nur einen \u00dcberblick \u00fcber einige wichtige Verfahren liefern.  Formel zur Quantifizierung:IEi,fl(x)=\u222b0xdx\u2032IE0\u22c5exp\u2061[\u2212\u03bci,E0sin\u2061\u03c8in\u00a0\u03c1i\u00a0x\u2032]\u23dfD\u00e4mpfung der einfallenden Strahlung\u22c5(\u03c4i,E0\u03c9Xigl,XijXi\u22121jXi\u03c1i1sin\u2061\u03c8in)\u23dfWahrscheinlichkeit der Photonenentstehung\u22c5exp\u2061[\u2212\u03bci,Ei,flsin\u2061\u03c8out\u03c1i\u00a0x\u2032]\u23dfD\u00e4mpfung beim Verlassen der Probe\u22c5\u03a9Det4\u03c0\u22c5\u03b5Det,Efl{displaystyle {I_{E_{i,mathrm {fl} }}(x)=int _{0}^{x}mathrm {d} x&#8217;I_{E_{0}}cdot underbrace {exp left[-{frac {mu _{i,E_{0}}}{sin psi _{mathrm {in} }}} rho _{i} x&#8217;right]} _{text{D\u00e4mpfung der einfallenden Strahlung}}cdot underbrace {left(tau _{i,E_{0}}omega _{X_{i}}g_{l,X_{i}}{frac {j_{X_{i}}-1}{j_{X_{i}}}}rho _{i}{frac {1}{sin psi _{mathrm {in} }}}right)} _{text{Wahrscheinlichkeit der Photonenentstehung}}cdot underbrace {exp left[-{frac {mu _{i,E_{i,mathrm {fl} }}}{sin psi _{mathrm {out} }}}rho _{i} x&#8217;right]} _{text{D\u00e4mpfung beim Verlassen der Probe}}cdot {frac {Omega _{mathrm {Det} }}{4pi }}cdot varepsilon _{mathrm {Det} ,E_{mathrm {fl} }}}}  Strahlgeometrie zur Erl\u00e4uterung der Formelwobei:  Hinweis: Im Allgemeinen ist \u03c8in\u2260\u03c8out{displaystyle psi _{mathrm {in} }neq psi _{mathrm {out} }}, da die Fluoreszenzstrahlung und nicht der reflektierte Strahl zur Informationsgewinnung verwendet wird. Zwar kann auch mittels des reflektierten Strahls Information \u00fcber die Probe gewonnen werden. Das ist aber eher Ellipsometrie und nicht explizit Fluoreszenzstrahlung.Table of ContentsTotalreflexions-R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (TRFA, TXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse unter streifendem Einfall (GIXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Mikror\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (\u03bc-RFA, \u03bc-XRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]R\u00f6ntgenabsorptionsspektroskopie (XAS)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Energiedispersive R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (EDXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Wellenl\u00e4ngendispersive R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (WDXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Vergleich EDXRF\/WDXRF[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Strahlungsquelle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Filter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Spaltsystem[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Analysatorkristall[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Szintillationsz\u00e4hler[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Z\u00e4hlrohr[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Grenzen der Methode[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Art und Form der zu analysierenden Probe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Probenpr\u00e4paration[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Pulvertabletten f\u00fcr die Analyse von Gesteinspulvern, Zement, Schlacke, Flugasche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Schmelztabletten f\u00fcr die Analyse von Gesteinspulvern, Zement, Schlacke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Nachweisgrenzen in Schmelztabletten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Kalibrierung des R\u00f6ntgenfluoreszenzger\u00e4tes[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Analyse beim Goldankauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Analyse von Kunstwerken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Totalreflexions-R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (TRFA, TXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bei der Totalreflexions-R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (TRFA, engl. total reflection x-ray fluorescence, TXRF) wird der anregende R\u00f6ntgenstrahl in einem sehr flachen Einfallswinkel von wenigen Bogenminuten auf die Probe mit Brechungsindex < 1 eingestrahlt, so dass es zu Totalreflexion kommt. Die daraus resultierende Eindringtiefe von wenigen Nanometern erzeugt ein besseres Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis, da Wechselwirkungen mit dem Tr\u00e4germaterial der Probe nicht stattfinden. So kann die Nachweisgrenze bis auf 0,01 Pikogramm erweitert werden. Des Weiteren bilden sich durch Wechselwirkung der einfallenden mit den reflektierten R\u00f6ntgenstrahlen stehende Wellenfelder (engl. x-ray standing waves, XSW) aus, die insbesondere zur Feststellung und Quantifizierung von Verunreinigungen auf der Probe (z.\u00a0B. einem Wafer) verwendet werden k\u00f6nnen.[2]R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse unter streifendem Einfall (GIXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Hierbei handelt es sich um R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse unter streifendem Einfall (englisch grazing-incidence x-ray fluorescence, GIXRF). Dieses Verfahren ist eng verwandt mit TXRF, unterscheidet sich jedoch unter anderem dahingehend, dass bei GIXRF der Einfallswinkel um den Bereich des kritischen Winkels der Totalreflexion \u03b8krit{displaystyle theta _{text{krit}}} variiert wird. Unterhalb des kritischen Winkels handelt es sich also prinzipiell um das klassische TXRF-Verfahren, \u00fcberschreitet der Einfallswinkel jedoch den kritischen Winkel \u03b8krit{displaystyle theta _{text{krit}}} so dringt die Strahlung mit zunehmendem Winkel in die darunter liegende Schicht ein. Des Weiteren bilden sich auch bei GIXRF die von TXRF bekannten stehenden Wellenfelder der R\u00f6ntgenstrahlung (x-ray standing waves, XSW) aus, wodurch es zu einer Modulation der Anregungsstrahlung im Bereich der Grenzfl\u00e4che kommt. Dadurch wird es m\u00f6glich zus\u00e4tzlich etwas \u00fcber die Beschaffenheit der Grenzschicht zu lernen bzw. die Elementzusammensetzung einer Schicht oder Probe tiefenabh\u00e4ngig zu bestimmen[3].Dieses Verfahren wird bei Schichtsystemen eingesetzt deren Schichten sich im Brechungsindex deutlich unterscheiden. Dies trifft unter anderem auf Solarzellen zu. Durch den unterschiedlichen Brechungsindex unterscheiden sich auch die kritischen Winkel \u03b8krit{displaystyle theta _{text{krit}}} der einzelnen Schichten. Wenn der kritische Winkel \u03b8i,krit{displaystyle theta _{text{i,krit}}} einer oberen Schicht gr\u00f6\u00dfer ist, als der kritische Winkel \u03b8j,krit{displaystyle theta _{text{j,krit}}} einer darunterliegenden Schicht, dann gibt es einen Winkelbereich, in dem das R\u00f6ntgenlicht die obere Schicht durchdringt, die darunter liegende Schicht aber auf Grund von Totalreflexion nicht erreicht. Ein gro\u00dfer Teil der totalreflektierten Strahlung \u00fcberwindet anschlie\u00dfend die Grenze der Probe und tritt aus der oberen Schicht wieder aus. Dort \u00fcberlagert sie sich mit dem Teil der Strahlung, der an der obersten Oberfl\u00e4che der Probe reflektiert wurde. Aus der sich ergebenden Interferenz im gesamten reflektierten R\u00f6ntgenlicht kann man auf die Dicke der durchstrahlten Schicht schlie\u00dfen.Mikror\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (\u03bc-RFA, \u03bc-XRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bei der Mikror\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (\u03bc-RFA, engl. micro x-ray fluorescence, \u03bc-XRF) handelt es sich um ein Verfahren bei dem der R\u00f6ntgenstrahl mittels R\u00f6ntgenoptiken auf wenige Mikrometer fokussiert wird, um somit eine Aufl\u00f6sung im Mikrometer-Bereich zu erhalten.Eine erst in den 2000er Jahren an der TU Berlin entwickelte Erweiterung dieses Verfahrens zur 3D-Mikror\u00f6ntgenfluoreszenzspektroskopie (3D-\u03bc-RFA, 3D-\u03bc-XRF) erlaubt es Proben dreidimensional (3D) zerst\u00f6rungsfrei abzurastern. Dabei wird sowohl der Anregungs- als auch der Detektionsstrahl durch je eine R\u00f6ntgenlinse (sogenannte Polykapillarlinse) geleitet, wodurch ein nur wenige Kubikmikrometer messendes Untersuchungsvolumen definiert wird.[4]  R\u00f6ntgenabsorptionsspektrum im Bereich einer Absorptionskante (schematisch). Die Kante ist durch einen Pfeil markiert, und der bei EXAFS untersuchte Energiebereich hellblau hinterlegt.R\u00f6ntgenabsorptionsspektroskopie (XAS)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Eine weitere Gruppe von Untersuchungsverfahren stellt die R\u00f6ntgenabsorptionsspektroskopie (engl. X-ray absorption spectroscopy, XAS) dar. Sie umfasst Methoden bei denen die Absorption von R\u00f6ntgenstrahlung im Bereich einer Absorptionskante gemessen wird. Da in der Regel die Feinstruktur des erhaltenen Spektrums analysiert wird, bezeichnet man diese Methodengruppe auch als R\u00f6ntgenabsorptions-Feinstruktur-Spektroskopie (engl. X-ray absorption fine structure spectroscopy, XAFS spectroscopy). Grunds\u00e4tzlich unterteilt man diese Gruppe in die Untersuchung der \u201eNahkante\u201c (NEXAFS \/ XANES) und die Untersuchung der \u201eerweiterten Kantenstruktur\u201c (EXAFS) auf.Bei der R\u00f6ntgen-Nahkanten-Feinstruktur-Spektroskopie (engl. near-edge x-ray absorption fine structure, NEXAFS) bzw. (X-ray absorption near-edge structure, XANES) handelt es sich um ein Verfahren, das die Absorptionskante eines Elements hoch aufgel\u00f6st untersucht, wodurch die Bezeichnung Absorption begr\u00fcndet ist. Gelegentlich f\u00fchrt dieses zu der nicht ganz richtigen Annahme, dass es sich um reine Absorptionsspektroskopie handelt.Bei der EXAFS-Spektroskopie (von engl. extended X-ray absorption fine structure, EXAFS) handelt es sich um eine Methode die den \u201eerweiterten Bereich\u201c der Absorptionskante betrachtet, d.\u00a0h. die kantenferne R\u00f6ntgenabsorptionsfeinstruktur. Bei der Untersuchung von Molek\u00fclen an Oberfl\u00e4chen wird diese Methode auch als SEXAFS (engl. surface extended X-ray absorption fine structure) bezeichnet.In beiden F\u00e4llen kommt es zu Interferenzen (Pfeile), die die Grundlage f\u00fcr quantitative Untersuchungen bei NEXAFS\/XANES- bzw. EXAFS-Messungen liefern. Zum Beispiel l\u00e4sst sich die Frequenz der Oszillationen auf die Abst\u00e4nde zu den Nachbaratomen zur\u00fcckf\u00fchren.Beide Verfahren werden sowohl im \u201eAbsorptionsmodus\u201c, also in Transmission, als auch im \u201eFluoreszenzmodus\u201c verwendet. Da aber nur d\u00fcnne Probensysteme \u00fcberhaupt transmittierend, also durchl\u00e4ssig sind, wird dieses Verfahren meistens im Fluoreszenzmodus betrieben und geh\u00f6rt somit ebenfalls zur Gruppe der R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (RFA).  XAFS (NEXAFS\/XANES- und EXAFS-Entstehung, schematisch).Links: Die einfallende ebene Welle wird von einem Atom absorbiert. Mitte: Das absorbierende Atom emittiert seinerseits eine sph\u00e4rische Photoelektronenwelle. Rechts: Die emittierte Photoelektronenwelle wird an umliegenden Atomen gestreut. Es kommt dabei einerseits (blau) zu Einfachstreuprozessen die die Ursache f\u00fcr die EXAFS-Strukturen sind, andererseits (orange) kommt es aber auch zu Mehrfachstreuprozessen die die Ursache f\u00fcr die NEXAFS\/XANES-Strukturen sind.Bei der RFA gilt es grunds\u00e4tzlich zwei Arten der Detektion zu unterscheidenDie Energie-dispersive Detektion der Fluoreszenz (EDXRF) unddie Wellenl\u00e4ngen-dispersive Detektion der Fluoreszenz (WDXRF).Energiedispersive R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (EDXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bei der energiedispersiven R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (EDRFA, engl. energy dispersive X-Ray fluorescence, EDXRF) wird die Anregung der Probe durch R\u00f6ntgenstrahlen erreicht. Zur Anregung bestimmter, gew\u00fcnschter Elemente oder zur Unterdr\u00fcckung von Hintergrundrauschen k\u00f6nnen Filter aus verschiedenen Elementen zwischen die R\u00f6ntgenquelle und die Probe geschaltet werden. Ein energiedispersiver Detektor misst, \u00e4hnlich wie bei der EDX, die Energie der ausgestrahlten Fluoreszenzquanten.Wellenl\u00e4ngendispersive R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (WDXRF)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bei der wellenl\u00e4ngendispersiven R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse (WDRFA, engl. wavelength dispersive X-Ray fluorescence, WDXRF) erfolgt die Anregung genau wie beim EDXRF. Der Unterschied liegt in der Detektion und Auswertung der emittierten Fluoreszenzstrahlung: Diese werden durch einen Kollimator parallel ausgerichtet, in einem Analysatorkristall gebeugt und durch einen geeigneten Detektor registriert. Der Kristall dient dabei dazu, durch Beugung das Spektrum der von der Probe ausgehenden polychromatischen Sekund\u00e4rstrahlung nach Wellenl\u00e4ngen aufzuspalten und anhand des Beugungswinkels der R\u00f6ntgenstrahlung die qualitative Bestimmung des Elementes und durch Messung der Intensit\u00e4t der R\u00f6ntgenstrahlung eine quantitative Bestimmung zu erm\u00f6glichen.Vergleich EDXRF\/WDXRF[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Da die Wellenl\u00e4nge eines R\u00f6ntgenquants indirekt proportional zu seiner Energie ist, w\u00e4re zu erwarten, dass die Ergebnisse von EDXRF und WDXRF bis auf eine Spiegelung des Spektrums identisch w\u00e4ren. Tats\u00e4chlich ergeben sich aber aufgrund der unterschiedlichen Bauart einige signifikante Unterschiede:Die Energieaufl\u00f6sung beschreibt die Trennsch\u00e4rfe zweier spektraler Peaks. Sie wird meist f\u00fcr die R\u00f6ntgenenergie von 5,9\u00a0keV (Mangan-K-alpha-Linie, Mn-K-\u03b1-Linie) angegeben. Die Aufl\u00f6sung eines WDXRF-Systems h\u00e4ngt vom Kristall und dem Design der Optik ab. Es k\u00f6nnen Aufl\u00f6sungen von 20\u00a0eV bis 5\u00a0eV erreicht werden. Dagegen erreicht die Aufl\u00f6sung eines EDXRF-Systems nur Werte von 600\u00a0eV bis 120\u00a0eV. Damit ist ein WDXRF-System deutlich genauer, so dass auch nahe beieinander liegende Peaks noch getrennt werden k\u00f6nnen. Allerdings sind die hochgenauen Kristalle und Optiken teuer und fehleranf\u00e4llig. Zudem erfordern WDXRF-Systeme deutlich l\u00e4ngere Messzeiten.Die Effizienz beschreibt, wie gut die R\u00f6ntgenstrahlung der R\u00f6ntgenquelle genutzt wird, um die Probe anzuregen und dort R\u00f6ntgenstrahlung zu emittieren. Dieser Faktor bestimmt wesentlich, welche Leistung die R\u00f6ntgenquelle haben muss und ist damit einer der zentralen Kostenfaktoren. Das WDXRF ist hier deutlich im Nachteil, da beim EDXRF mit direkter Anregung so gut wie keine Energie verloren geht, wohingegen beim WDXRF fast die hundertfache Leistung eingesetzt werden muss, um die gleiche Ausbeute an R\u00f6ntgenquanten zu erreichen.Das EDXRF stellt eine deutlich kosteng\u00fcnstigere Variante dar, die allerdings auch eine deutlich geringere Energieaufl\u00f6sung bietet, so dass je nach Anwendung entschieden werden muss, welche Bauform geeigneter ist.Strahlungsquelle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Als Strahlungsquelle k\u00f6nnen folgende Instrumente eingesetzt werdeneine R\u00f6ntgenr\u00f6hre.Seitenfensterr\u00f6hre. Hierbei wird eine Anode aus Chrom, Wolfram, Molybd\u00e4n, Gold oder Rhodium mit einem Elektronenstrahl beschossen. Es entsteht sehr viel W\u00e4rme und R\u00f6ntgenstrahlung, die die R\u00f6ntgenr\u00f6hre durch die Beryllium-Fenster an den Seiten verl\u00e4sst.Weitaus h\u00e4ufiger wird wegen der besseren Strahlendichte eine Endfensterr\u00f6hre eingesetzt. Hierbei befindet sich die Anode gegen\u00fcber vom Beryllium\u2013Fenster, und die Kathode ist ringf\u00f6rmig um die Anode aufgebaut. Legt man eine Spannung an, wandern die Elektronen auf einer gebogenen Bahn zur Anode.Radioaktive Nuklide. F\u00fcr transportable Spektrometer k\u00f6nnen statt einer R\u00f6ntgenr\u00f6hre auch Prim\u00e4rstrahler wie Eisen (55Fe) oder Plutonium (238Pu) verwendet werden. Allerdings sind die Nachweisgrenzen hier sehr hoch.eine Synchrotronstrahlungsquelle.Filter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Verwendet man eine R\u00f6ntgenr\u00f6hre als Strahlungsquelle, besteht die erzeugte R\u00f6ntgenstrahlung zum einen aus Bremsstrahlung und zum anderen aus einem charakteristischen Linienspektrum des beschossenen Anodenmaterials. Wird beispielsweise Chrom als Anodenmaterial verwendet, wird man auch das charakteristische Linienspektrum von Chrom am Ende detektieren. Es kann dabei nicht unterschieden werden, ob das Linienspektrum nur aus der R\u00f6ntgenr\u00f6hre stammt oder ob die Probe auch noch Chrom enth\u00e4lt. Daher wird zwischen R\u00f6hre und Probe ein Selektivfilter gesetzt, um die charakteristischen Kbeta&#8211; und Kalpha-Linien zu absorbieren. Das Material des Selektivfilters wird so gew\u00e4hlt, dass dessen Ordnungszahl um eins oder zwei kleiner ist als das Element, aus dem die Anode besteht. Beispielsweise wird ein Titanfilter (Ordnungszahl 22) f\u00fcr eine Chromr\u00f6hre (Ordnungszahl 24) verwendet.Spaltsystem[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Als Spaltsystem k\u00f6nnen sowohl d\u00fcnne Rohre (Kollimatoren) als auch Metall-Lamellen (Soller-Blenden) verwendet werden. Ihr Zweck ist es, aus der divergenten Strahlung ein paralleles B\u00fcndel zu selektieren.Analysatorkristall[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Um die Fluoreszenzlinien der R\u00f6ntgenstrahlung sp\u00e4ter analysieren zu k\u00f6nnen, muss sie zun\u00e4chst an einem regelm\u00e4\u00dfigen Gitter gebeugt werden. Als Beugungsgitter f\u00fcr R\u00f6ntgenstrahlung bieten sich Einkristalle wie zum Beispiel LiF-Einkristalle oder Multilagenspiegel an.Bragg-Gleichungn\u22c5\u03bb=2d\u22c5sin\u2061(\u03b8){displaystyle ncdot lambda =2dcdot sin(theta )}wobei:n die Beugungsordnung;d den Gitterabstand;\u03b8 den Glanz- oder Braggwinkel;\u03bb die Wellenl\u00e4nge bezeichnen. Die l\u00e4ngste messbare Wellenl\u00e4nge \u03bbmax ergibt sich durch Einsetzen von \u03b8max = 90\u00b0.Korrigierte Bragg-Gleichung f\u00fcr Multilagenspiegel:n\u22c5\u03bb=2d\u22c5sin\u2061(\u03b8)\u22c5\u00a0(1\u2212\u03b4\/sin2\u2061(\u03b8)){displaystyle ncdot lambda =2dcdot sin(theta )cdot  (1-delta \/sin ^{2}(theta ))}wobei:\u03b4 die Dispersion der beteiligten SchichtmaterialienSzintillationsz\u00e4hler[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Szintillationsz\u00e4hler werden f\u00fcr Elemente mit einer h\u00f6heren Ordnungszahl als Eisen (26 Protonen) verwendet und bestehen meist aus einem NaI\u2013Kristall, welcher mit Thallium dotiert ist. Trifft die R\u00f6ntgenstrahlung auf den Kristall, wird die R\u00f6ntgenstrahlung in fluoreszierende Strahlung umgewandelt. Die fluoreszierende Strahlung wird in dem nachgeschalteten Photomultiplier in elektrische Impulse verwandelt und um ein Vielfaches verst\u00e4rkt.Z\u00e4hlrohr[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Z\u00e4hlrohre werden zur Messung von l\u00e4ngerwelliger Strahlung eingesetzt, welche von den leichteren Elementen Beryllium (4 Protonen) bis Mangan (25 Protonen) ausgesendet wird. Ein Z\u00e4hlrohr ist mit einem Inertgas (beispielsweise Argon) gef\u00fcllt. Trifft R\u00f6ntgenstrahlung auf ein Argonatom, schl\u00e4gt es ein Photoelektron heraus. Dieses Photoelektron wandert zur Drahtanode und erzeugt auf dem Weg dorthin durch Sekund\u00e4r-Sto\u00dfionisation bis zu 10.000 Elektron-Ion-Paare (Gasverst\u00e4rkung). Die R\u00fcckwanderung der positiven Ionen zur Z\u00e4hlerwand verursacht eine kurzzeitige (Mikrosekunde) St\u00f6rung des elektrischen Feldes, was dann am Vorverst\u00e4rker einen Strom-\/Spannungsimpuls erzeugt. Die H\u00f6he dieses Impulses ist proportional zur eingestrahlten Energie des R\u00f6ntgenquants (vgl. Proportionalz\u00e4hler \u2013 im Gegensatz zum Geigerz\u00e4hler, in dem die Information \u00fcber die Energie verloren geht).Grenzen der Methode[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse kann nicht auf Elemente angewendet werden, die leichter als Bor (Ordnungszahl 5) sind. Vern\u00fcnftige Analysenwerte sind erst ab Fluor (Ordnungszahl 9) (dazwischen liegen: C (Kohlenstoff), N (Stickstoff), und O (Sauerstoff)), gute Werte erst ab Natrium (Ordnungszahl 11) (dazwischen Ne(on) (Ordnungszahl 10) ) m\u00f6glich, da die R\u00f6ntgenstrahlung der leichteren Elementeso leicht absorbiert wird, dass sie gar nicht erst in den Detektor eindringen kann. Die quantitative Obergrenze ergibt sich nach den jeweiligen Referenzproben (siehe Kalibrierung).Art und Form der zu analysierenden Probe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Im Allgemeinen analysiert man feste Proben. Fl\u00fcssigkeiten werden in einem Plastik-Gef\u00e4\u00df mit einem Boden aus einer d\u00fcnnen Folie analysiert. Meist verwendet man feste Probenk\u00f6rper, die die Form einer runden Scheibe (\u00e4hnlich einem gro\u00dfen Geldst\u00fcck) mit einem Durchmesser von 2 bis 5\u00a0cm haben. Die Probe muss mindestens eine ebene Fl\u00e4che haben, von der die R\u00f6ntgenstrahlen reflektiert werden k\u00f6nnen.Probenpr\u00e4paration[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Am einfachsten kann man Metallscheiben analysieren. Pulverf\u00f6rmige Proben m\u00fcssen erst fein gemahlen und zusammen mit einem Bindemittel (beispielsweise Paraffinwachs oder Cellulosepulver) zu einer Probentablette gepresst werden. Eine andere M\u00f6glichkeit ist das Mischen von Gesteinspulver etc. mit Lithiumtetraborat und die Herstellung einer glasartigen Schmelze, welche in eine Gie\u00dfform gegossen wird. Bei diesem Vorgang wird die Probe nat\u00fcrlich zerst\u00f6rt.Pulvertabletten f\u00fcr die Analyse von Gesteinspulvern, Zement, Schlacke, Flugasche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]3 Gramm der Untersuchungssubstanz werden mit 0,6 Gramm Paraffinwachs-Pulver gemischt und in einer Tablettenpresse gepresst.Stabilere Tabletten werden mit 2 Gramm Bors\u00e4ure erreicht, wenn die Probenmischung aufgegeben und daraus eine Tablette gepresst wird. So befindet sich die Substanz auf der Bors\u00e4ureschicht, die unter Druck bessere Flie\u00dfeigenschaften hat.Schmelztabletten f\u00fcr die Analyse von Gesteinspulvern, Zement, Schlacke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bessere Messergebnisse werden mit Schmelztabletten erreicht. Dazu wird ein Gewichtsteil von 1 bis 2 Gramm des Gesteinspulvers und f\u00fcnf Teilen von 5 bis 10 Gramm Dilithiumtetraborat (Li2B4O7) im Achatm\u00f6rser gr\u00fcndlich verrieben und dadurch vermischt, anschlie\u00dfend in einen Platin-Tiegel gegeben. Der Inhalt im Tiegel wird im Elektroofen mindestens 12 Minuten auf 1050 bis 1080\u00a0\u00b0C erhitzt und die fl\u00fcssige Schmelze in eine Gie\u00dfform \u00fcber dem Bunsenbrenner \u00fcberf\u00fchrt. Diese Schmelze in der Gie\u00dfform wird mit Pressluft abgek\u00fchlt, damit die Schmelze zwischen 1000\u00a0\u00b0C und 600\u00a0\u00b0C nicht auskristallisiert. Zemente werden nur bis zur schwachen Rotglut gek\u00fchlt, danach wird langsamer ausgek\u00fchlt um das Zerspringen der Tabletten zu verhindern. Gegen das Ankleben der Tablette an der Gie\u00dfform, wodurch die Tablette zerspringt, wird zwei Minuten vor dem Abgie\u00dfen eine kleine Menge Lithiumjodid (20\u00a0mg) zugegeben. Bei wenig Probensubstanz k\u00f6nnen auch 250\u00a0mg Probe mit 7,25\u00a0g Lithiumtetraborat angesetzt werden.Beim Gie\u00dfen der Tabletten sind Ofenschaubrille, lange Tiegelzange und Schutzhandschuhe n\u00f6tig, um vor der W\u00e4rmestrahlung zu sch\u00fctzen. Beim Zugeben von Lithiumjodid entstehen Iodd\u00e4mpfe, daher sollte der Ofen unter einem Abzug stehen.F\u00fcr Schmelztabletten existieren auch automatische Aufschlussger\u00e4te, die bis zu 6 Schmelzaufschl\u00fcsse gleichzeitig produzieren.Nachweisgrenzen in Schmelztabletten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Es wird ein Mischungsverh\u00e4ltnis von 1 + 59 zugrundegelegt. Erreichbare Mindest-Nachweisgrenzen liegen bei wenigstens:Na, Mg: 100\u00a0ppmAl, Si, P, S: 50\u00a0ppmK, Ca, Ba, Ti: 30\u00a0ppmFe, Mn, Cr, Ni, Cu, Zn: 10\u00a0ppmRb, Sr, Y, Zr, Nb: 6\u00a0ppmDie Nachweisgrenze von Pulvertabletten ist um den Faktor 2 bis 3 besser, auf Grund von Korngr\u00f6\u00dfeneffekten und schlechterer Homogenit\u00e4t der Proben ist aber die Genauigkeit der Analysen geringer, die Toleranzen sind gr\u00f6\u00dfer.Kalibrierung des R\u00f6ntgenfluoreszenzger\u00e4tes[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Man verwendet Kalibrierproben bekannten Gehaltes, die man sich entweder selbst herstellt oder k\u00e4ufliche Standardproben, deren Gehalte von vielen renommierten Labors ermittelt wurden. Drei Kalibrierverfahren sind Kalibrierung \u00fcber externe Standards, interne Standards oder Standardaddition, wobei in der R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse meistens die Methode des internen Standards Verwendung findet. Mittlerweile gibt es auch Instrumente, die (bei geringerer Genauigkeit) auch ohne Kalibrierproben auskommen.[5]Analyse beim Goldankauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Durch den stetigen Anstieg des Goldpreises und den damit wachsenden Markt f\u00fcr Edelmetalle findet die RF-Analyse auch im Bereich des Goldankaufs immer mehr Verwendung. Der Feingehalt der Probe kann hier im Gegensatz zur herk\u00f6mmlichen Strich\/S\u00e4ure Methode zerst\u00f6rungsfrei analysiert werden. Proben unbekannter Zusammensetzung, mit einer gro\u00dfen Zahl von Begleitelementen, k\u00f6nnen so korrekt bestimmt werden. Somit werden auch betr\u00fcgerische Objekte mit gef\u00e4lschtem Feingehaltstempel nachgewiesen. Damit bietet die RF-Analyse gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Analysen mehr Transparenz, hat jedoch leider den Nachteil einer nur oberfl\u00e4chlichen Bestimmung der Zusammensetzung. Eine genaue Analyse in die Tiefe einer Probe ist nicht m\u00f6glich. Einem m\u00f6glichen Betrug sind auch hier keine Schranken gesetzt. F\u00fcr eine korrekte Analyse ist eine Zerst\u00f6rung der Probe unumg\u00e4nglich. Eine zerst\u00f6rungsfreie Goldanalyse ist dagegen \u00fcber die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit m\u00f6glich.[6]Analyse von Kunstwerken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die RF-Analyse wurde mit Erfolg auch bei der Analyse von Gem\u00e4lden angewendet.[7] In der letzten Zeit sind miniaturisierte Analysenger\u00e4te verf\u00fcgbar geworden, welche eine Analyse vor Ort erlauben. Beim Einsatz gr\u00f6\u00dferer Scan-Analysenger\u00e4te kann die Verteilung einzelner chemischer Elemente im Gem\u00e4lde abgebildet und somit auch die eingesetzten Pigmente identifiziert werden. Bei der Untersuchung von Rembrandts Portr\u00e4t eines Mannes im Milit\u00e4rkost\u00fcm[8] wurde mittels RFA und Neutronenaktivierungsanalyse ein darunterliegendes \u00fcbermaltes Portr\u00e4t eines Mannes entdeckt. Ein \u00fcbermaltes Frauenportr\u00e4t konnte auch bei der Untersuchung des Bildes &#8220;Grass&#8221; von Vincent van Gogh unter den Oberfl\u00e4chenschichten sichtbar gemacht werden.[9]R. Tertian, F. Claisse: Principles of quantitative X-ray fluorescence analysis. Heyden &#038; Son, 1982, ISBN 0-85501-709-0.B. K. Agarwal: X-Ray Spectroscopy: An Introduction. Springer, 1991, ISBN 0-387-09268-4.R. Klockenkaemper: Total-Reflection X-Ray Fluorescence Analysis. John Wiley &#038; Sons, 1996, ISBN 0-471-30524-3.R. Van Grieken, A. A. Markowicz: Handbook of X-Ray Spectrometry. Marcel Dekker, 2002, ISBN 0-8247-0600-5.B. Beckhoff u.\u00a0a.: Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis. Springer, 2006, ISBN 3-540-28603-9.Georg Schwedt: Analytische Chemie: Grundlagen, Methoden und Praxis. Wiley-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-31206-1.H. Erhardt: R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse, Anwendungen in Betriebslaboratorien. Deutscher Verlag f\u00fcr Grundstoffindustrie, Leipzig 1988, ISBN 3-342-00219-0.Paula Hahn-Weinheimer, Klaus Weber-Diefenbach, Alfred Hirner: R\u00f6ntgenfluoreszenzanalytische Methoden, Grundlagen und praktische Anwendung in den Geo-, Material- und Umweltwissenschaften. Springer-Verlag, 2000, ISBN 3-528-06579-6.\u2191 D. A. Skoog, J. J. Leary: Instrumentelle Analytik Grundlagen \u2013 Ger\u00e4te \u2013 Anwendung 1992. Springer Verlag, Berlin, S. 410.\u2191 Burkhard Beckhoff, Rolf Fliegauf, Michael Kolbe, Matthias M\u00fcller, Jan Weser, Gerhard Ulm: Reference-Free Total Reflection X-ray Fluorescence Analysis of Semiconductor Surfaces with Synchrotron Radiation. In: Analytical Chemistry. Band\u00a079, Nr.\u00a020, 1.\u00a0September 2007, S.\u00a07873\u20137882, doi:10.1021\/ac071236p.\u00a0\u2191 P. H\u00f6nicke, B. Beckhoff, M. Kolbe, D. Giubertoni, J. van den Berg, G. Pepponi: Depth profile characterization of ultra shallow junction implants. In: Analytical Bioanalytical Chemistry. Band\u00a0396, Nr.\u00a08, 1.\u00a0April 2010, S.\u00a02825\u20132832, doi:10.1007\/s00216-009-3266-y.\u00a0\u2191 Ioanna Mantouvalou: Quantitative 3D Micro X-ray fluorescence spectroscopy. 2009, urn:nbn:de:kobv:83-opus-23153 (Dissertationsarbeit, Technische Universit\u00e4t Berlin, 2009).\u00a0\u2191 Herstellerseite zu UniQuant\u2191 Ren\u00e9 B\u00f6ttcher, Lothar Spie\u00df: Bestimmung von Werkstoffkennwerten mit Ultraschallverfahren \u2013 ist der \u201eGoldbarren\u201c echt? In: ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung \/ DGZfP-Jahrestagung Zerst\u00f6rungsfreie Materialpr\u00fcfung; 2014 (Potsdam): 26-28. Mai 2014. DGZfP, Berlin 2014 (7 Seiten).\u2191 X Ray Fluorescence at ColourLex\u2191 Karen Trentelman, Koen Janssens, Geert van der Snickt, Yvonne Szafran, Anne T. Woollett, Joris Dik: Rembrandt\u2019s An Old Man in Military Costume: the underlying image re-examined. In: Applied Physics A. November 2015, Band 121, Nr. 3, S. 801\u2013811.\u2191 Joris Dik, Koen Janssens, Geert Van Der Snickt, Luuk van der Loeff, Karen Rickers, Marine Cotte: Visualization of a Lost Painting by Vincent van Gogh Using Synchrotron Radiation Based X-ray Fluorescence Elemental Mapping. In: Analytical Chemistry. Band\u00a080, Nr.\u00a016, August 2008, S.\u00a06436\u20136442, doi:10.1021\/ac800965g.\u00a0"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2021\/12\/13\/rontgenfluoreszenzanalyse-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse \u2013 Wikipedia"}}]}]