Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA)
Zerstörungsfreie Elementanalyse für Industrie und Wissenschaft
Im Überblick
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), auch bekannt als Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS) oder im Englischen X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), gehört zu den führenden Methoden zur präzisen Bestimmung chemischer Elemente. Ob in der Metallverarbeitung, bei Mineralölprodukten oder der Umweltanalytik – die RFA ermöglicht eine qualitative und quantitative Analyse ohne aufwendige Probenaufschlüsse. Als zerstörungsfreies Multielementverfahren deckt sie Elemente ab Fluor aufwärts ab und erreicht Nachweisgrenzen von etwa einem Mikrogramm pro Gramm.
Wie funktioniert die Röntgenfluoreszenzanalyse?
Bei der RFA wird eine Materialprobe entweder mit primärer Röntgenstrahlung oder einem Elektronenstrahl aus einem Rasterelektronenmikroskop (REM) angeregt. Dadurch werden Elektronen aus den inneren Schalen eines Atoms herausgeschlagen. Ein Elektron aus einer höheren Schale füllt diese Lücke, wodurch sekundäre Röntgenstrahlung (Röntgenfluoreszenzstrahlung) freigesetzt wird. Diese Strahlung ist elementspezifisch und wird von einem Detektor erfasst. Die Analyse erfolgt in Sekundenschnelle – die Fluoreszenz tritt zwischen 10⁻¹⁰ und 10⁻⁷ Sekunden nach der Anregung auf.
2 Varianten der RFA: Energiedispersiv & Wellenlängendispersiv
Die RFA kennt zwei Hauptdetektionsarten:
- Energiedispersive RFA (EDRFA/EDXRF): Diese kostengünstige Methode nutzt einen Halbleiterdetektor, um die Energie der Fluoreszenzstrahlung zu messen. Vorteil: hohe Empfindlichkeit.
- Wellenlängendispersive RFA (WDRFA/WDXRF): Hier wird die Strahlung durch einen Kollimator ausgerichtet und in einem Analysatorkristall gebeugt, um ein Spektrum zu erzeugen. Vorteil: bessere spektroskopische Auflösung, ideal für komplexe Proben.
Ein weiteres Highlight ist die Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse (TRFA/TXRF). Durch einen flachen Einfallswinkel der Röntgenstrahlung und die Totalreflexion wird die Eindringtiefe minimiert (nur wenige Nanometer). Das Ergebnis: ein hervorragendes Signal-Rausch-Verhältnis und extrem niedrige Nachweisgrenzen.
Probenvorbereitung für präzise Ergebnisse
Die Qualität der Messung hängt von der Probenvorbereitung ab:
- Metalle und Legierungen: Die Oberfläche muss geschliffen und poliert werden.
- Pulverförmige Materialien (z. B. Erze oder Gesteine): Das Pulver wird mit einem Bindemittel (z. B. Wachs) zu glatten, homogenen Tabletten gepresst.
Die Messung erfolgt im Hochvakuum, um Störungen durch Luftmoleküle zu vermeiden. Für optimale Ergebnisse wird der Detektor mit flüssigem Stickstoff gekühlt.
Einsatzbereiche der RFA
Die RFA ist vielseitig einsetzbar:
- Metallindustrie: Analyse von Stählen und Nichteisen-Legierungen.
- Umweltanalytik: Untersuchung von Boden- oder Wasserproben.
- Mineralölprodukte: Bestimmung von Schwefel oder Schwermetallen.
Dank ihrer Schnelligkeit, Präzision und zerstörungsfreien Natur ist die Röntgenfluoreszenzanalyse ein unverzichtbares Werkzeug in Wissenschaft und Industrie.
