Come Funziona la PMI (Positive Material Identification)?

La spettrofotometria XRF (X-ray fluorescence spectroscopy o X-ray fluorescence) è una tecnica di analisi non distruttiva che permette di conoscere la composizione elementale di un campione attraverso lo studio della radiazione di fluorescenza a raggi X. Tale radiazione è emessa dagli atomi del campione in seguito alla eccitazione che si ottiene irraggiando il campione con raggi X e gamma ad alta energia.

Con il nome XRF (X-Ray Fluorescence) si indica, per convenzione, la tecnica di analisi nella quale la radiazione ionizzante che provoca l’emissione della fluorescenza caratteristica è costituita da raggi X. Negli apparecchi di piccole dimensioni o portatili gli  RX vengono prodotti da piccole sorgenti.

Il principio utilizzato è assai semplice: impiegando una radiazione di energia ed intensità appropriate è possibile creare, per effetto fotoelettrico, una vacanza in un guscio interno dell’atomo di un elemento perchè gli elettroni più vicini al nucleo, se colpiti da tale radiazione, vengono eccitati ed espulsi dall’atomo.

La posizione vacante creatasi viene successivamente rioccupata da un elettrone che appartiene ad uno dei gusci più esterni, e quindi si crea una “cascata elettronica”, cioè gli elettroni via via più esterni vanno a coprire gli spazi lasciati vuoti. Nella diseccitazione viene prodotto un fotone che ha una energia pari alla differenza tra le energie dell’elettrone nelle due posizioni iniziale e finale. Il termine fluorescenza si riferisce al fatto che in seguito all’irraggiamento si ottiene una riemissione di radiazione con lunghezza d’onda maggiore di quella incidente.

Non tutte le transizioni tra stati elettronici sono ammesse, ma solo quelle che soddisfano le regole di selezione previste dalla meccanica quantistica.

Durante l’analisi questo avviene per ogni atomo di ogni elemento presente nel materiale in esame e ciascuno degli elementi presenti produce una caratteristica risposta ai raggi X, come un’impronta digitale dell’elemento. Infatti, la radiazione di fluorescenza emessa da un elemento chimico presenta uno spettro caratteristico con righe ad energie note e tabulate che dipendono dal suo spettro di livelli energetici e che lo rendono riconoscibile da ogni altro elemento.

L’analisi qualitativa è possibile mediante l’identificazione delle righe X caratteristiche di emissione di ogni elemento, mentre l’analisi quantitativa richiede una opportuna elaborazione dei dati di intensità delle diverse righe X emesse correlati con le analoghe emissioni di campioni standard contenenti quantità conosciute dell’elemento da stimare.

L’analizzatore misura le emissioni per ciascun elemento e le relaziona alla concentrazione in riferimento a rette o equazioni di calibrazione applicando correzioni per effetti interelementari e riesce in pochi secondi a determinare quantità e qualità di tutti gli elementi presenti nel campione in analisi.

Poiché i raggi X interagiscono con gli orbitali interni degli atomi, l’analisi non risente dello stato di ossidazione e dei legami chimici dell’elemento. Per tale motivo il risultato sarà l’effettiva totalità dell’elemento stesso.

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