Quantifizierungsalgorithmen für Röntgenfluoreszenzanalyse mit Sekundärtargetanregung von verschiedenen Probenarten

Abstract

Die Röntgenspektroskopie ist eine Analysemethode mit der eine Probe auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Elementen untersucht und diese sowohl qualitativ als auch quantitativ bestimmt werden können. Diese Methode lässt sich in eine große Anzahl von unterschiedlichen Messverfahren unterteilen. Diese wissenschaftliche Arbeit beschäftigt sich mit der energiedispersiven Röntgenfluoreszenzspektroskopie (auch EDXRF abgekürzt) und deren Anwendung auf unterschiedliche Problemstellungen. Das für diese Arbeit zum Einsatz gekommene energiedispersive Röntgenspektrometer wird als „Epsilon 5“ bezeichnet und stammt von der Firma PANalytical. Mit dieser Maschine kann Proben auf einen großen Elementbereich untersuchen, beginnend mit dem leichtesten Element Natrium bis hin zu dem schweren Element Uran. Weiters ist das Spektrometer mit mehreren unterschiedlichen Sekundärtargets ausgestattet. Jedes Sekundärtarget ist darauf ausgelegt, für eine bestimmte Gruppe von Elementen eine möglichst hohe Intensitätsausbeute zu erzielen, wodurch sehr niedrige Nachweisgrenzen für diese Elemente erreicht werden können. Da Röntgenröhren mit der Zeit einem gewissen Verschleiß unterliegen, kam es in der Vergangenheit dazu, dass die Röhre der Epsilon 5 nicht mehr voll einsetzbar war. Daher wurde die nicht mehr funktionstüchtige Röntgenröhre gegen eine neue Röhre ausgetauscht. Im Rahmen dieser Arbeit soll nun anhand von verschiedenen Fragestellungen untersucht werden, ob ein labortauglicher Betrieb des Röntgenspektrometers möglich ist. Um dies festzustellen zu können, wurden unterschiedliche Arten von Proben gemessen, dazu gehören solide Proben, gepresste Pellets, beschichtete Filtermembranen und Schmelztabletten. Bei der Untersuchung von Tonproben sowie Plättchen, die großteils aus Aluminium und nur aus einem sehr geringen Anteil an Magnesium und Silizium bestehen, wurde beobachtet, wie sich die elementare Zusammensetzung, d.h. die Matrix der Probe, auf die gemessenen Intensitäten auswirkt. Mit der Messung einer standardisierten Luftfiltermembrane wurde überprüft, ob sich die Messgenauigkeit des Spektrometers durch den Wechsel der Röntgenröhre verändert hat. Hierfür wurde die Luftfiltermembrane mittels der neuen Röhre untersucht und die erhaltenen Messergebnisse mit jenen der alten Röntgenröhre verglichen. Weiters wurden Aerosole auf Filtermembranen gesammelt, um die Messgenauigkeit zwischen den beiden Analyseverfahren EDXRF und der Totalreflexion- Röntgenfluoreszenzspektroskopie (auch TXRF genannt) vergleichen zu können. Unter Verwendung von vorhandenen Aerosolstandards wurden mehrere Kalibrierungen für APM Filter erstellt. In Zusammenarbeit mit dem Forschungsbereich Physikalische Chemie des Instituts für Materialchemie der TU Wien wurde ein Pulvergemisch bestehend aus den Elementen Silber und Titan auf seinen Silbergehalt untersucht. Die Problemstellung lag hierbei darin, dass Silber von Titan umgeben wurde. Dadurch musste eine Möglichkeit gefunden werden, das vorhandene Silber von dem Titan zu trennen. Eine weitere wichtige Aufgabenstellung dieser Arbeit lag darin, zu prüfen, ob es möglich ist, mit Hilfe von Schmelzaufschlüssen Standards herzustellen und mit diesen eine von der elementaren Zusammensetzung der Probe unabhängige Kalibrierung zu erstellen.

X-ray spectroscopy is an analytical method, with which a sample can be examined for a variety of different elements. These elements can not only be determined qualitatively but also quantitatively. X-ray spectroscopy is subdivided into a large number of different analytical methods. This thesis concentrates on energy dispersive x-ray fluorescence spectroscopy and its application to different problems. The energy dispersive x-ray spectrometer available for this thesis is called „Epsilon 5“and was manufactured by the company Panalytical. This machine can analyze samples on a wide elemental range starting with fluorine to uranium. Furthermore, the spectrometer is equipped with a variety of different secondary targets. Each secondary target is designed to achieve the highest possible intensity yield for a given group of elements, which means very low detection limits can be achieved for these elements. Because X-ray tubes wear out over time, the tube of the Epsilon 5 was no longer fully usable in the past. After some time, the defect x-ray tube was replaced. For this reason, the aim of this work is to determine, based on different problems, whether a laboratory suitable operation of the X-ray spectrometer is possible. To determine this, different kinds of samples, this includes solid samples, pressed pellets, loaded filters and fused beads, were measured. During the examination clay samples and small plates, which consists for the most part of aluminum and only a very small part of magnesium and silicon, the influence of the matrix of the sample on the measured intensity was observed. With the measurement of a standardize aerosol membrane it was examined, if the measure accuracy of the spectrometer changed through the swap of the x-ray tube. Therefore the membrane was examined with the new tube and the measurement results were compared with measurement results that were taken with the old x-ray tube. Furthermore, aerosols were gathered on filters to compare the measurement accuracy between EDXRF and TXRF. Existing aerosol standards were used to create several calibrations for the measurement of air particulate Filters. In cooperation with the Department of Physical Chemistry of the Chemical Institute of Materials Chemistry of the Vienna University of Technology, a powder mixture consisting of the elements silver and titanium was examined for its silver content. The problem here was that silver was surrounded by titanium. As a result, a way had to be found to separate the existing silver from the titanium. Another important task of this work was whether it is possible to prepare standards by means of melt digestion and use these to create a calibration which is independent of the elemental composition of the sample.