Ansätze zur Quantifizierung in der Mikro-XRF-Analyse unter Verwendung eines speziellen Spektrometers für leichte Elemente

Abstract

Das Ziel der Arbeit waren verschiedene Ansätze zur Quantifizierung für ein speziell für leichte Elemente konzipiertes Mikro-Röntgenfluoreszenzspektrometer. Die Anregung erfolgt dabei polychromatisch und zur Fokussierung des Strahls wird eine Polykapillaroptik verwendet, die das primäre Röntgenspektrum energieabhängig modifiziert. Da die genaue Intensitätsverteilung des anregenden Spektrums nicht bekannt ist, wurden in dieser Arbeit ausschließlich experimentelle Ansätze unternommen, um quantitative Ergebnisse zu erhalten. Für den ersten Ansatz wurden aus zertifizierten Srund Zr-Flüssigstandards Referenzmaterialien hergestellt. Rückstande verschiedener Massen wurden in Flächenscans mit überlappenden Messpunkten gemessen. Es ergab sich ein überraschend linearer Zusammenhang zwischen den aufgetragenen Massen von Sr bzw. Zr und den über den gesamten Messbereich aufsummierten Intensitäten. Die so erhaltenen Intensitäten sollten anschließend bezüglich Mehrfachzählung aufgrund der Überlappungen korrigiert werden. Dazu wurde die Strahlgröße für Zr und in Folge auch für weitere Elemente bestimmt. Insbesondere das Ergebnis für Zr entsprach nicht den theoretischen Erwartungen. Es besteht die Vermutung, dass die laterale Intensitätsverteilung des Strahls von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, die eine Korrektur der Mehrfachzählung ohne weitere Untersuchungen nahezu unmöglich machen. Dieser Ansatz ist für die Quantifizierung daher bislang nicht geeignet. Für den zweiten Ansatz wurde auf verfügbare zertifizierte Standards zurückgegriffen. Es handelte sich bei ihnen um Tierknochenpulver, das für frühere Messungen bereits zu Pellets gepresst worden war. Da die Elemente auf Strahlebene nicht homogen verteilt waren, wurde eine Mittelung der Intensitäten über mehrere Messpunkte vorgenommen. Beim Vergleich der Referenzmaterialien miteinander zeigte sich, dass sie sich bisher nur für semiquantitative Analysen eignen, da die Fehler für die erwarteten Konzentrationen relativ hoch waren. Allerdings ist der Ansatz sehr vielversprechend und könnte für andere Referenzmaterialien durchaus funktionieren, wenn die Anzahl der Punkte für die Mittelung der Intensitäten optimiert wird oder homogenere Referenzmaterialien verwendet werden. Des Weiteren wurde beobachtet, dass die Sensitivität des Spektrometers für leichte Elemente wesentlich beeinflusst wird durch eine bedeckende Kapton-Schicht der Proben und die Durchführung eines Detektor-Conditionings vor der Messung, was sich auf den Wirkungsgrad des Detektors für leichte Elemente auswirkt.

The goal of this thesis was to develop different approaches for quantification in XRF analysis using a special spectrometer for low Z elements. The excitation occurs with a polychromatic X-ray spectrum and a polycapillary optic is used for focusing the beam, which modifies the primary beam in an energy-dependent way. Since the intensity distribution of the primary spectrum after the polycapillary is not known, in this thesis the focus lay on experimental approaches for quantification. For the first approach, area scans with overlapping measuring spots were performed over Sr and Zr residues of different masses that were produced from certified liquid standards. The relationship between the sum intensities of the whole measuring area and the applied mass of Sr and Zr was surprisingly linear. The intensities that were obtained in this manner should then be corrected for multiple counting due to the overlapping measuring spots. For this, the beam size for Zr and subsequently also other elements was determined. Especially the result for Zr differed from the theoretically expected values. It is likely that the lateral intensity distribution of the beam depends on a variety of factors, which make an overlap correction nearly impossible without further investigation. At this point, this first approach cannot be deemed suitable for quantification. For the second approach, certified reference materials were used. They consisted of animal bone powder and had been pressed into pellets for former measurements. Elements were not really distributed homogeniuously, so intensities were averaged over several measuring spots. By comparing the reference materials to each other, it was seen that they can only be used for semiquantitative analysis at this point, since the errors for the expected concentration values were rather high. In general, though, this approach is very promising and could work with a different choice of reference materials if they are more homogenious or if the number of measuring spots for calculating the average intensity is optimized. Also, it was seen that the spectrometers sensitivity for low Z elements is significantly influenced by covering the sample with Kapton foil as well as performing a detector conditioning before the measurement, which has an impact on the detectors efficiency for light elements in particular.