Quantitative X-ray fluorescence analysis of samples with various matrices using a universal data evaluation software

Abstract

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) ist eine zerstörungsfreie Methode zur Analyse von Elementen und Verbindungen. Sie basiert auf der Emission von charakteristischen Röntgenstrahlen infolge der Bestrahlung einer Probe mit hochenergetischen primären Röntgenstrahlen. Die emittierten Photonen-Energien entsprechen der Energiedifferenz der in dem Prozess involvierten Orbitale, welche charakteristisch für jedes Element und tabelliert sind. Anhand dieser charakteristischen Energien lassen sich die Elemente bestimmen. Damit erhält man die qualitative Analyse der in der Probe enthaltenen Elemente. Das gemessene Spektrum sämtlicher Fluoreszenzlinien ermöglicht nicht nur qualitative Analyse, sondern auch durch Bestimmung der Linienintensitäten, die proportional zur Masse (Konzentration) der entsprechenden Elemente sind, die quantitative Analyse. Ein bedeutender Teil der vorliegenden Masterarbeit waren Verbesserungen des bereits bestehenden BGQXRF Software-Pakets zur quantitativen Röntgenfluoreszenzanalyse von Bernhard Grossmayer aus dem Jahre 2009 [1]. Die vorgenommenen Änderungen umfassen Benutzeroberflächen-Verbesserungen, sowie erweiterten Funktionsumfang zur besseren Benutzerfreundlichkeit. Das neue BGQXRFPN Software-Paket wird mit einem neuen Report-Design geliefert und ist in 32 und 64-bit erhältlich. Damit der modulare Aufbau der originalen Software erhalten bleibt, wurden die von Bernhard Grossmayer verwendeten Klassen weiterverwendet. Um das Ziel der maximalen Benutzerfreundlichkeit zu erreichen, weist das verbesserte SoftwarePaket eine leicht geänderte Struktur auf, welche in Kapitel 3 diskutiert wird. Um die Benutzerfreundlichkeit und die Verlässlichkeit des BGQXRFPN SoftwarePakets zu testen und verifizieren, wurden einige Messungen von Messingund Bronze-Standards, sowie einem Glass-Standard durchgeführt. Die Messungen beinhalteten mehrere Standard Reference Materials (1103, 1107, 1108 und 621), zertifiziert von National Institute of Standards and Technology (NIST), als auch einige ATI Bronze-Standards (90/4/2/4 und 79.5/12/0.5/8) und wurden an einem TRACOR Spectrace 5000 EDXRF Spektrometer durchgeführt.

The X-ray fluorescence analysis (XRF) is a non-destructive analytical technique for elemental and chemical analysis. This method is based on the emission of characteristic X-rays after radiating a sample with high-energetic primary X-ray beams. The emitted photon energies are equal to the energy differences of the involved orbitals. Due to the different electronic orbitals, each element has characteristic fluorescence energies, which are tabulated. With this characteristic energies the elements can be determined. Hence, a qualitative analysis of the included elements of a sample can be performed. The measured spectrum of the fluorescence lines allows by determining the line intensities, which are proportional to the mass (concentration) of the corresponding elements, a quantitative analysis besides the qualitative analysis. A considerable part of this Master's thesis were improvements of the already existing BGQXRF software package for quantitative X-ray fluorescence which was released in 2009 by Bernhard Grossmayer [1]. The changes included graphical user interface improvements, comprehensive key additions and functionalities for a better user experience. The new BGQXRFPN software package also provides a new design of the report files and is delivered in 32 and 64-bit. In order to maintain the modular design of the original software, the classes implemented by Bernhard Grossmayer were reused. To achieve the goal of maximum usability, the improved software package has a slightly different structure discussed in chapter 3 of this thesis. To verify and test the usability and reliability of the BGQXRFPN software package several measurements of brass, bronze and glass standards were performed. The measurements include several Standard Reference Materials (1103, 1107, 1108 and 621) certified by the National Institute of Standards and Technology (NIST), as well as two ATI bronze standards (90/4/2/4 and 79.5/12/0.5/8) and were per- formed on a TRACOR Spectrace 5000 EDXRF spectrometer.