¿Qué hace que la fluorescencia de rayos X sea químicamente específica?
La fluorescencia de rayos X (XRF) es un método analítico no invasivo que se utiliza para analizar la composición química y elemental de una amplia gama de materiales. Tradicionalmente, este método se utilizaba en geología para determinar la composición elemental de rocas, sedimentos, minerales y otras muestras de tierra, pero sus aplicaciones ahora se han ampliado.
¿Qué es la fluorescencia de rayos X?
Después de que una muestra ha sido excitada por una fuente primaria de radiación en forma de rayos, como rayos gamma o rayos X, libera fluorescencia. La fluorescencia es la luz que emiten ciertos materiales después de que han absorbido la radiación. Aun así, es importante entender que el material fluorescente debe emitir luz de una longitud de onda diferente de la que absorbe. Una vez liberada la luz, se utilizan analizadores XRF para identificar la composición química de una muestra. Además, los analizadores XRF pueden estudiar un grupo de rayos X fluorescentes que son únicos para el elemento específico dentro de la muestra. Una comprensión más profunda de la fluorescencia de rayos X se puede encontrar en nuestro blog anterior a medida que avanzamos para ver qué hace que la fluorescencia de rayos X sea químicamente específica.
¿Qué hace que la fluorescencia de rayos X sea químicamente específica?
Químicos y científicos de materiales utilizan rutinariamente la espectroscopia XRF para determinar la huella química de una muestra. Se utiliza el término “huella dactilar” ya que describe adecuadamente cómo los datos espectrales de XRF son un identificador único de la composición química específica de una muestra. Cómo y por qué este es el caso requiere una comprensión rápida de la física de partículas y la mecánica cuántica.
Todos los elementos químicos están compuestos de átomos; la unidad más pequeña de materia. Pero los átomos están compuestos por partículas subatómicas que se comportan de distintas maneras. Siempre hay un núcleo central con carga positiva rodeado por uno o más electrones con carga negativa; protones o neutrones. Estos electrones orbitan el núcleo en esferas discretas, o capas esféricas, que se describen como orbitales más altos o más bajos dependiendo de su nivel de energía. Los electrones de mayor energía ocupan orbitales más altos y viceversa. Cuando un electrón interno absorbe suficiente energía, puede ser expulsado, formando lo que se conoce como un hueco inferior. Con el fin de rectificar esta inestabilidad, los electrones de órbitas superiores “caen” para llenar el “hueco”. Pero caer de una capa a otra inferior requiere una pérdida de energía. Por lo tanto, cuando los electrones caen de orbitales superiores para llenar los huecos inferiores, emiten radiación en forma de fluorescencia; cuya energía es igual a la diferencia entre los dos orbitales. Esto es clave, porque estas señales son intrínsecas, lo que significa que cada elemento químico tiene su señal única.
Esta es una explicación extremadamente simplificada de la mecánica en juego dentro de la fluorescencia de rayos X, pero debería ser suficiente para explicar cómo los espectrómetros XRF proporcionan una especificidad extrema cuando se trata de huellas dactilares químicas. El detector obtiene los espectros de emisión extremadamente débiles de una muestra bombardeada con un haz de rayos X, produciendo un espectro de picos y valles que denotan los elementos específicos presentes en la muestra. Así es como los analistas pueden determinar con precisión la composición de varias muestras hasta el rango de subpartes por millón (ppm).
XRF Scientific
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