Teknik Terbaik untuk Menangkap Fluoresensi Sinar-X

Memahami Fluoresensi Sinar-X

XRF adalah teknik analisis non-destruktif yang memanfaatkan emisi sinar-X “sekunder” (atau fluoresensi) yang khas dari material yang telah dieksitasi dengan membombardirnya dengan sinar-X berenergi tinggi atau sinar gamma. Fenomena ini terjadi ketika elektron kulit bagian dalam dikeluarkan dari atom, dan elektron dari kulit bagian luar mengisi kekosongan tersebut, melepaskan energi dalam bentuk foton sinar-X. Sinar-X yang dipancarkan ini memiliki karakteristik energi dari unsur asalnya, yang memungkinkan dilakukannya analisis kualitatif dan kuantitatif.

Intensitas sinar-X yang dipancarkan berbanding lurus dengan konsentrasi unsur dalam sampel. Oleh karena itu, dengan mengukur energi dan intensitas sinar-X yang dipancarkan, seseorang dapat mengidentifikasi dan mengukur unsur-unsur yang ada dalam material. Pemilihan teknik penting untuk memastikan hasil yang akurat dan tepat.

XRF digunakan di berbagai disiplin ilmu, termasuk geologi, ilmu lingkungan, ilmu material, dan konservasi seni. Keserbagunaannya dan sifatnya yang tidak merusak menjadikannya alat yang sangat berharga untuk analisis unsur.

Teknik Persiapan Sampel

Persiapan sampel yang tepat sangat penting untuk analisis XRF yang akurat. Tujuannya adalah untuk menyajikan sampel yang homogen dan representatif pada berkas sinar-X.

Sampel Padat

Untuk sampel padat, beberapa metode persiapan dapat digunakan:

• Pemolesan: Mendapatkan permukaan yang halus dan rata sangat penting untuk meminimalkan efek hamburan dan memastikan interaksi sinar-X yang konsisten.
• Pemotongan dan Pemasangan: Sampel mungkin perlu dipotong dengan ukuran yang sesuai dan dipasang pada tempat sampel.
• Fusi: Proses ini melibatkan pencampuran sampel dengan fluks (misalnya, litium borat) dan memanaskannya untuk membentuk manik kaca yang homogen. Metode ini meminimalkan efek matriks dan sangat berguna untuk sampel geologi.

Sampel Cairan

Sampel cairan memerlukan teknik persiapan yang berbeda:

• Analisis Langsung: Beberapa cairan dapat dianalisis langsung dalam wadah sampel cairan khusus.
• Presipitasi: Unsur-unsur yang diinginkan dapat diendapkan dari larutan dan kemudian dianalisis sebagai padatan.
• Penguapan: Cairan dapat diuapkan ke kertas saring atau substrat lain, meninggalkan residu padat untuk dianalisis.

Sampel Bubuk

Sampel bubuk sering dianalisis sebagai:

• Pelet yang Dipadatkan: Bubuk ditekan menjadi pelet menggunakan mesin pres hidrolik, sering kali dengan bahan pengikat untuk meningkatkan kekuatan mekanis.
• Bedak Tabur: Bedak dapat dianalisis langsung dalam wadah sampel, meskipun metode ini mungkin kurang akurat karena pengaruh ukuran partikel.

Pertimbangan untuk persiapan sampel meliputi ukuran partikel, homogenitas, dan keberadaan efek matriks. Efek matriks mengacu pada pengaruh unsur-unsur di sekitarnya pada sinyal fluoresensi sinar-X dari unsur yang diinginkan.

Teknologi Detektor

Pilihan detektor berdampak signifikan terhadap kinerja instrumen XRF. Dua jenis detektor utama yang umum digunakan: dispersif energi (EDXRF) dan dispersif panjang gelombang (WDXRF).

XRF Dispersi Energi (EDXRF)

Detektor EDXRF mengukur energi setiap foton sinar-X. Detektor ini biasanya berupa detektor solid-state, seperti:

• Detektor Pergeseran Silikon (SDD): SDD menawarkan tingkat hitungan yang tinggi dan resolusi energi yang baik.
• Detektor Silikon Litium (Si(Li)): Detektor ini memberikan resolusi energi yang sangat baik tetapi memerlukan pendinginan kriogenik.

EDXRF dikenal karena kecepatan dan kemampuannya menganalisis beberapa elemen secara bersamaan. Alat ini sangat cocok untuk menyaring sampel dan untuk aplikasi yang membutuhkan throughput tinggi.

XRF Dispersi Panjang Gelombang (WDXRF)

Detektor WDXRF memisahkan sinar-X berdasarkan panjang gelombangnya menggunakan kristal analisis. Hal ini memberikan resolusi spektral yang lebih unggul dibandingkan dengan EDXRF.

• Menganalisis Kristal: Kristal yang berbeda digunakan untuk membiaskan sinar-X dengan panjang gelombang yang berbeda, memungkinkan pengukuran spektrum sinar-X yang tepat.
• Penghitung Proporsional: Detektor ini mengukur intensitas sinar-X yang terdifraksi.

WDXRF lebih disukai untuk aplikasi yang membutuhkan akurasi tinggi dan analisis elemen jejak. Resolusi spektral yang ditingkatkan meminimalkan tumpang tindih puncak dan mengurangi efek matriks.

Pemilihan detektor yang tepat bergantung pada persyaratan analitis spesifik, termasuk elemen yang diinginkan, akurasi yang diinginkan, dan metode persiapan sampel yang tersedia.

Mengoptimalkan Parameter Sumber Sinar-X

Sumber sinar-X merupakan komponen penting dari sistem XRF. Mengoptimalkan parameternya dapat meningkatkan kualitas data secara signifikan.

Tegangan dan Arus Tabung

Tegangan tabung menentukan energi sinar-X yang dipancarkan oleh sumber. Tegangan yang lebih tinggi membangkitkan unsur yang lebih berat, sedangkan tegangan yang lebih rendah lebih efisien untuk unsur yang lebih ringan. Arus tabung memengaruhi intensitas berkas sinar-X.

• Pemilihan Tegangan: Pilih tegangan berdasarkan elemen yang perlu Anda analisis.
• Penyesuaian Arus: Tingkatkan arus untuk meningkatkan sensitivitas, tetapi perhatikan potensi kerusakan sampel atau saturasi detektor.

Filternya

Filter digunakan untuk secara selektif meredam energi sinar-X tertentu, mengurangi derau latar belakang, dan meningkatkan rasio sinyal terhadap derau. Filter yang berbeda tersedia untuk elemen yang berbeda.

• Pemilihan Material: Pilih material filter berdasarkan sisi penyerapannya.
• Optimalisasi Ketebalan: Sesuaikan ketebalan filter untuk mengoptimalkan sinyal untuk elemen target Anda.

Bahan Sasaran

Bahan target tabung sinar-X memengaruhi spektrum sinar-X yang dipancarkan. Bahan target yang umum meliputi rhodium (Rh), tungsten (W), dan molibdenum (Mo). Rhodium merupakan pilihan serbaguna untuk berbagai elemen.

Akuisisi dan Pemrosesan Data

Akuisisi dan pemrosesan data XRF melibatkan beberapa langkah, termasuk akuisisi spektral, koreksi latar belakang, identifikasi puncak, dan kuantifikasi.

Akuisisi Spektral

Spektrum sinar-X diperoleh dengan mengukur intensitas sinar-X sebagai fungsi energi (EDXRF) atau panjang gelombang (WDXRF). Waktu akuisisi harus dioptimalkan untuk mencapai statistik penghitungan yang memadai.

Koreksi Latar Belakang

Radiasi latar belakang dapat mengganggu analisis. Metode koreksi latar belakang digunakan untuk menghilangkan atau meminimalkan efek ini.

• Model Matematika: Penyesuaian polinomial atau model matematika lainnya dapat digunakan untuk memperkirakan dan mengurangi latar belakang.
• Hamburan Compton: Koreksi hamburan Compton sangat penting untuk kuantifikasi yang akurat.

Identifikasi dan Kuantifikasi Puncak

Setelah latar belakang dikoreksi, puncak-puncak yang sesuai dengan unsur-unsur yang diinginkan diidentifikasi. Luas di bawah setiap puncak sebanding dengan konsentrasi unsur tersebut.

• Kurva Kalibrasi: Kurva kalibrasi dibuat menggunakan standar komposisi yang diketahui.
• Koreksi Matriks: Algoritma digunakan untuk mengoreksi efek matriks, meningkatkan akurasi kuantifikasi.

Perangkat lunak pemrosesan data tingkat lanjut tersedia untuk mengotomatiskan banyak langkah ini dan menyediakan hasil analitis yang komprehensif.

Kalibrasi dan Standardisasi

Analisis XRF yang akurat bergantung pada kalibrasi dan standarisasi yang tepat. Hal ini melibatkan penggunaan bahan referensi bersertifikat (CRM) untuk menetapkan hubungan antara intensitas sinar-X yang diukur dan konsentrasi unsur yang diinginkan.

Bahan Referensi Bersertifikat (CRM)

CRM adalah material dengan komposisi unsur yang diketahui dan telah disertifikasi oleh organisasi bereputasi baik. CRM digunakan untuk membuat kurva kalibrasi dan memvalidasi keakuratan pengukuran XRF.

Pembuatan Kurva Kalibrasi

Kurva kalibrasi adalah plot intensitas sinar-X terukur versus konsentrasi unsur yang diketahui dalam CRM. Beberapa CRM dengan konsentrasi berbeda digunakan untuk menghasilkan kurva kalibrasi yang andal.

Prosedur Standarisasi

Standardisasi melibatkan pelaksanaan CRM secara berkala untuk memverifikasi stabilitas instrumen dan keakuratan kalibrasi. Hal ini memastikan bahwa pengukuran XRF tetap andal dari waktu ke waktu.

Teknik dan Aplikasi Lanjutan

Di luar teknik dasar, beberapa metode XRF canggih tersedia untuk aplikasi khusus.

Mikro-XRF

Mikro-XRF menggunakan sinar X terfokus untuk menganalisis area kecil dari suatu sampel, memberikan resolusi spasial hingga skala mikrometer. Ini berguna untuk memetakan distribusi unsur dalam material heterogen.

Refleksi Total XRF (TXRF)

TXRF adalah teknik yang peka terhadap permukaan yang menggunakan sinar X insiden grazing untuk menganalisis elemen jejak pada permukaan. Teknik ini umumnya digunakan dalam pemantauan lingkungan dan analisis semikonduktor.

Sinkrotron XRF

XRF sinkrotron menggunakan sinar-X berintensitas tinggi dari sumber radiasi sinkrotron, yang memberikan sensitivitas dan resolusi spasial yang lebih baik. Teknik ini digunakan untuk karakterisasi material tingkat lanjut dan penelitian biomedis.