Zarejestruj się
LabCoda / Baza Wiedzy / Fluorescencja rentgenowska (XRF)

☢️ Fluorescencja rentgenowska (XRF)

Fizykochemia PN-EN ISO 12677 / PN-EN 15309

Krótko: o co chodzi

Nieniszcząca analiza składu pierwiastkowego materiałów stałych i ciekłych od berylu (Be) do uranu (U) metodą fluorescencji rentgenowskiej. Badanie wykonuje się według normy PN-EN ISO 12677:2011 / PN-EN 15309:2007; Zakres pierwiastków: Be (Z=4) do U (Z=92) — WDXRF; Na (Z=11) do U — EDXRF. Procedura obejmuje 10 kroków (łącznie około 4 h 10 min–8 h 10 min); stosuje się je m.in. do: Analiza składu chemicznego stali i stopów metali (certyfikaty materiałowe), Oznaczanie głównych tlenków w cemencie, klinkierze, surowcach (SiO₂, Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃), Analiza składu gleby pod kątem metali ciężkich (Pb, Cd, As, Hg).

W skrócie

  • Norma: PN-EN ISO 12677:2011 / PN-EN 15309:2007
  • Kategoria: Fizykochemia
  • Kroków procedury: 10
  • Łączny czas etapów: 4 h 10 min–8 h 10 min
  • Zakres pierwiastków: Be (Z=4) do U (Z=92) — WDXRF; Na (Z=11) do U — EDXRF
  • Zakres stężeń: ppm – 100% (główne, mniejsze, śladowe składniki)
  • Granica wykrywalności: 0,1–10 ppm (WDXRF), 10–100 ppm (EDXRF)

Przegląd

Fluorescencyjna spektrometria rentgenowska (XRF — X-Ray Fluorescence) jest jedną z najchętniej stosowanych nieniszczących metod instrumentalnych w analizie składu pierwiastkowego ciał stałych, cieczy i proszków. Metoda pozwala na jednoczesne oznaczanie pierwiastków od berylu (Z=4) do uranu (Z=92) w stężeniach od ppm do 100%, bez konieczności roztwarzania próbki.

Norma PN-EN ISO 12677 definiuje zastosowanie XRF do analizy wyrobów ogniotrwałych, a PN-EN 15309 — do charakteryzowania odpadów i gleby. XRF jest jednak stosowany znacznie szerzej: w metalurgii (analiza stali, stopów), geologii (skały, minerały), przemyśle cementowym, ceramice, przemyśle naftowym (siarka w paliwach wg ISO 20884), ochronie środowiska (metale ciężkie w glebie), archeologii i konserwacji dzieł sztuki.

Wyróżnia się dwa typy spektrometrów XRF: WDXRF (dyspersja długości fali — wyższa rozdzielczość i czułość, stosowany w laboratoriach stacjonarnych) oraz EDXRF (dyspersja energii — kompaktowy, tańszy, stosowany w terenie i do screeningu). Przenośne XRF (handheld) umożliwiają analizę w terenie — sortowanie złomu, analiza gleby, weryfikacja materiałów (PMI).

Wiodący producenci to: Bruker (S8 TIGER, S1 TITAN), Malvern Panalytical (Zetium, Axios, Epsilon), Rigaku (ZSX Primus IV, Supermini200), Shimadzu (XRF-1800), Thermo Fisher (ARL PERFORM'X). Koszt aparatury laboratoryjnej WDXRF: 300 000–1 500 000 PLN, przenośnego EDXRF: 80 000–200 000 PLN.

Zasada metody

Próbka jest napromieniowywana wiązką promieniowania rentgenowskiego z lampy rentgenowskiej (zwykle rodowa Rh, 1–4 kW). Pierwiastki w próbce absorbują promieniowanie pierwotne i emitują charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie (fluorescencja) o energii/długości fali swoistej dla danego pierwiastka (linie Kα, Kβ, Lα). W WDXRF — promieniowanie fluorescencyjne jest rozszczepianie na krysztale analizującym (prawo Bragga: nλ = 2d sinθ) i mierzone detektorem (proporcjonalny + scyntylacyjny). W EDXRF — detektor półprzewodnikowy (Si(Li) lub SDD) rozdziela promieniowanie bezpośrednio na podstawie energii. Natężenie linii fluorescencyjnych jest proporcjonalne do stężenia pierwiastka.

Zastosowania

Kluczowe parametry

ParametrWartość
Zakres pierwiastkówBe (Z=4) do U (Z=92) — WDXRF; Na (Z=11) do U — EDXRF
Zakres stężeńppm – 100% (główne, mniejsze, śladowe składniki)
Granica wykrywalności0,1–10 ppm (WDXRF), 10–100 ppm (EDXRF)
Dokładność0,01–0,1% abs. (główne składniki), 5–15% rel. (śladowe)
Czas analizy1–10 min (EDXRF screening), 10–30 min (WDXRF pełna analiza)
Przygotowanie próbkiPastylka prasowana, perła boraksowa (fuzja) lub bezpośrednio (handheld)

Norma

Numer normy
PN-EN ISO 12677:2011 / PN-EN 15309:2007
Tytuł (PL)
Analiza chemiczna wyrobów ogniotrwałych metodą XRF / Charakteryzowanie odpadów i gleby — Oznaczanie składu pierwiastkowego metodą fluorescencji rentgenowskiej
Title (EN)
Chemical analysis of refractory products by XRF / Characterisation of waste — Determination of elemental composition by X-ray fluorescence

Procedura krok po kroku

  1. Przygotowanie próbki — mielenie

    Zmiel próbkę stałą w młynku wibracyjnym do uziarnienia < 75 µm (dla pastylek) lub < 200 µm (dla pereł). Waga próbki 5–10 g.

    ⏱ Czas: 5–15 min

  2. Suszenie

    Wysusz próbkę w suszarce 105°C do stałej masy. Dla oznaczenia strat prażenia (LOI) — wyżarz w 1050°C przez 1 h.

    ⏱ Czas: 2–4 h • 🌡 Temperatura: 105–1050°C

  3. Przygotowanie pastylki prasowanej (alternatywa A)

    Zmieszaj 8 g próbki z 2 g lepiszcza (wosk Hoechst C). Sprasuj w prasie hydraulicznej przy 200–300 kN (20–30 ton). Czas prasowania 30 s.

    ⏱ Czas: 5 min

  4. Przygotowanie perły boraksowej (alternatywa B)

    Odważ 0,5–1 g próbki + 5–10 g topnika (Li₂B₄O₇/LiBO₂). Umieść w tyglu Pt/Au. Stapaj w 1050°C przez 10–15 min z automatycznym mieszaniem.

    ⏱ Czas: 20 min • 🌡 Temperatura: 1050°C

  5. Kalibracja spektrometru

    Wykonaj kalibrację z użyciem serii CRM (min. 10 wzorców obejmujących oczekiwany zakres stężeń). Zastosuj korekcje matrycowe (alpha/FP).

    ⏱ Czas: 30–60 min

  6. Pomiar próbki

    Umieść pastylkę/perłę w spektrometrze. Uruchom program pomiarowy. WDXRF: sekwencyjny pomiar linii Kα/Lα każdego pierwiastka.

    ⏱ Czas: 10–30 min

  7. Obliczenie wyników

    Oprogramowanie przelicza natężenia linii na stężenia z uwzględnieniem korekcji matrycowych (efekty absorpcji i wzmocnienia). Wyniki w % tlenków lub ppm pierwiastków.

  8. Kontrola jakości

    Analizuj CRM kontrolny (niezależny od kalibracji) w każdej serii. Odchylenie od wartości certyfikowanej < 2× niepewność CRM.

  9. Walidacja / weryfikacja

    Sprawdź liniowość, powtarzalność (RSD < 1% dla głównych składników), odtwarzalność, LOD/LOQ. Bilans tlenków 99,0–100,5%.

    ⏱ Czas: 1–2 h

  10. Raport

    Sporządź sprawozdanie z wynikami w % (tlenki) lub ppm (pierwiastki), niepewnością, identyfikacją próbki i metodą przygotowania.

Wymagany sprzęt i aparatura

SprzętPrzykładOrientacyjna cena
Spektrometr WDXRFBruker S8 TIGER Series 3, Malvern Panalytical Zetium, Rigaku ZSX Primus IV400 000–1 500 000 PLN
Spektrometr EDXRFBruker S2 PUMA, Malvern Panalytical Epsilon 4, Shimadzu EDX-7200100 000–400 000 PLN
Przenośny XRF (handheld)Bruker S1 TITAN 800, Thermo Niton XL5, Olympus Vanta80 000–200 000 PLN
Prasa hydrauliczna do pastylekFluxana Vaneox, Herzog TP-40, Specac Atlas20 000–60 000 PLN
Urządzenie do fuzji (perły boraksowe)Claisse M4 Fluxer, PANalytical Eagon2, Katanax X-60080 000–200 000 PLN
Młynek wibracyjny/kulowyRetsch RS 200, Fritsch Pulverisette 6, Herzog HSM 10030 000–80 000 PLN

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

OdczynnikCASSzczegóły
Tetraborian litu (Li₂B₄O₇)12007-60-2Topnik do przygotowania pereł boraksowych (fuzja w 1050°C), Claisse / Fluxana, ~300 PLN/kg
Metaborian litu (LiBO₂)13453-69-5Topnik — mieszanina z tetraborianem (66:34) zapewnia optymalną lepkość perły
Kwas borowy (H₃BO₃)10043-35-3Lepiszcze do pastylek prasowanych, warstwa dolna (podkładka), ~50 PLN/kg
Wosk mikrokrystaliczny (Hoechst C)—Lepiszcze do pastylek prasowanych (1–3% dodatku), ułatwia prasowanie
Wzorce CRM—Certyfikowane materiały odniesienia (np. NIST SRM, BAS, IPT) — cement, stal, rudy, gleba — 200–800 PLN/szt.
Jodek litu (LiI)10377-51-2Agent uwalniający — zapobiega przywieraniu perły do tygla platynowego (0,5–1% do mieszanki)

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

Najczęstsze pytania

Jaka norma opisuje to badanie?

Badanie wykonuje się według normy PN-EN ISO 12677:2011 / PN-EN 15309:2007 — „Analiza chemiczna wyrobów ogniotrwałych metodą XRF / Charakteryzowanie odpadów i gleby — Oznaczanie składu pierwiastkowego metodą fluorescencji rentgenowskiej”. Tytuł angielski: „Chemical analysis of refractory products by XRF / Characterisation of waste — Determination of elemental composition by X-ray fluorescence”.

Na czym polega ta metoda?

Próbka jest napromieniowywana wiązką promieniowania rentgenowskiego z lampy rentgenowskiej (zwykle rodowa Rh, 1–4 kW). Pierwiastki w próbce absorbują promieniowanie pierwotne i emitują charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie (fluorescencja) o energii/długości fali swoistej dla danego pierwiastka (linie Kα, Kβ, Lα).

Jaki jest zakres pomiarowy i dokładność?

Zakres pierwiastków: Be (Z=4) do U (Z=92) — WDXRF; Na (Z=11) do U — EDXRF; Zakres stężeń: ppm – 100% (główne, mniejsze, śladowe składniki); Granica wykrywalności: 0,1–10 ppm (WDXRF), 10–100 ppm (EDXRF); Dokładność: 0,01–0,1% abs. (główne składniki), 5–15% rel. (śladowe).

Ile trwa wykonanie badania?

Suma czasów podanych przy poszczególnych etapach to około 4 h 10 min–8 h 10 min. Procedura obejmuje 10 kroków.

Jaki sprzęt jest potrzebny?

Spektrometr WDXRF, Spektrometr EDXRF, Przenośny XRF (handheld), Prasa hydrauliczna do pastylek, Urządzenie do fuzji (perły boraksowe), Młynek wibracyjny/kulowy. Orientacyjny koszt podstawowej aparatury (Spektrometr WDXRF): 400 000–1 500 000 PLN.

Gdzie stosuje się to badanie?

Analiza składu chemicznego stali i stopów metali (certyfikaty materiałowe); Oznaczanie głównych tlenków w cemencie, klinkierze, surowcach (SiO₂, Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃); Analiza składu gleby pod kątem metali ciężkich (Pb, Cd, As, Hg); Oznaczanie siarki w paliwach (ISO 20884) — przemysł petrochemiczny; Weryfikacja materiałów (PMI — Positive Material Identification) na budowach i w rafineriach; Analiza szkła, ceramiki, materiałów ogniotrwałych; Badania archeologiczne i konserwatorskie (skład pigmentów, metali); Kontrola jakości warstw galwanicznych (grubość i skład pokryć).

Jakie środki ostrożności obowiązują?

Promieniowanie rentgenowskie — spektrometr posiada osłony i blokady, nie otwierać komory podczas pracy lampy; Fuzja w 1050°C — tygiel platynowy bardzo gorący, stosować szczypce i rękawice żaroodporne; Topniki borowe (Li₂B₄O₇) — drażniące, unikać wdychania pyłu, rękawice; Prasa hydrauliczna — ryzyko zgniecenia, nie wkładać rąk podczas prasowania; Młynek wibracyjny — hałas, ochrona słuchu; pył — maska P2; Przenośny XRF — nigdy nie kierować wiązki na ludzi, stosować osłonę wiązki wstecznej.

Które laboratorium wykona to badanie?

Badanie wykonują laboratoria akredytowane według ISO/IEC 17025. Na LabCoda wyszukasz je po numerze normy PN-EN ISO 12677 / PN-EN 15309.

🔍 Znajdź laboratorium wykonujące to badanie