Seleccionando el material del ánodo para tubos de rayos X

En las especificaciones de los espectrómetros de fluorescencia de rayos X (FRX) de diferentes fabricantes, se puede observar un parámetro como el material del ánodo del tubo de rayos X. ¿Qué es esto, cómo y en qué influye, y cómo hacer la elección correcta?

En el análisis por fluorescencia de rayos X, comúnmente se utilizan tubos con ánodos de plata (Ag), rodio (Rh), tungsteno (W) o oro (Au). El material del ánodo determina el espectro de excitación del analizador, que consiste en dos componentes: un espectro de frenado continuo y las líneas características del material del ánodo (ver Fig. 1).

Ambos componentes pueden utilizarse para excitar los elementos de interés. Para analizar de manera óptima un elemento específico de la tabla periódica, el espectro de excitación debe tener una intensidad suficientemente alta en un rango ligeramente superior al borde de absorción del elemento, y al mismo tiempo, un bajo fondo en el rango de las líneas características de ese elemento.

En el área de altas energías, el espectro del tubo de rayos X consiste completamente en radiación de frenado. La intensidad de la radiación de frenado de elementos pesados (W, Au) es mucho más alta que la de Ag o Rh, por lo tanto, los tubos con ánodos de W o Au siempre proporcionarán mejores resultados para el análisis de elementos con energías de línea de 20 keV o superiores.

Las líneas características del material del ánodo tienen alta intensidad y pueden ser exitosamente utilizadas para excitar elementos con energías más bajas. Esto resulta en una mejor relación señal/ruido en el espectro de fluorescencia que al excitar solo con la radiación de frenado del tubo. Por ejemplo, la excitación mediante las líneas K de plata o rodio es excelente para analizar elementos en el rango desde el hierro hasta el molibdeno.

Sin embargo, las líneas características del tubo de rayos X pueden solaparse con las líneas de elementos del muestra analizada, lo que puede obstaculizar su análisis. En particular, las líneas de tungsteno y oro se solapan con las líneas características de una serie de metales que forman parte de la mayoría de los aceros y aleaciones. La línea de plata en el espectro de excitación impide analizar el contenido de plata en la muestra.

A continuación, ofrecemos algunas recomendaciones generales para la elección del material del ánodo del tubo de rayos X:

Los tubos con ánodo de plata se utilizan más frecuentemente en modelos obsoletos de espectrómetros FRX. Esto se debe al uso de software de espectrómetros antiguos, donde se utilizaba el isótopo Cd 109 como fuente de excitación con un espectro similar. La línea de plata con una energía de 22.1 keV excita bien los elementos desde el cromo hasta el molibdeno, y la serie L de plata con una energía alrededor de 3 keV puede utilizarse para excitar elementos ligeros desde el aluminio hasta el azufre. Sin embargo, el análisis de bajas concentraciones de magnesio es imposible con tal tubo debido a la superposición con una de las líneas de plata. También es imposible analizar plata en muestras.

Un tubo con ánodo de rodio tiene un espectro similar al de un ánodo de plata, pero carece de los inconvenientes mencionados anteriormente. Sin embargo, dicho tubo no puede usarse para analizar el contenido de rodio, lo cual es importante para algunas aplicaciones, como el análisis de catalizadores automotrices o joyería.

Un tubo con ánodo de oro proporciona aproximadamente el doble de la intensidad de radiación de frenado en comparación con los de rodio o plata. Es excelente para analizar elementos con energías de línea superiores a las de la plata. Además, las líneas características del oro son de baja energía y pueden ser fácilmente filtradas para obtener un espectro de excitación puramente de frenado. Desafortunadamente, tal tubo no es adecuado para analizar elementos ligeros.

Un tubo de tungsteno es muy similar al de oro en sus características. Además de lo anterior, también permite realizar análisis del contenido de oro en una muestra.

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