Os filtros do tubo situam-se no caminho óptico entre o tubo de raio-X e a amostra. Têm como função filtrar componentes indesejados ou interferentes da radiação que sai do tubo e melhorar a razão entre o sinal e o ruído. [12]
AMOSTRA
A facilidade de leitura dos elementos constituintes de uma amostra depende das suas características físicas, como a sua compactação e da energia do feixe que chega à amostra, e químicas, como a percentagem de cada elemento na amostra.
CARACTERÍSTICAS DA AMOSTRA
Iremos ver mais à frente que se estipulou uma moagem das amostras para controlar os efeitos da matriz. Ainda assim, existe a nível do programa do aparelho um factor alfa que, quando utilizado, prevê e corrige os possíveis efeitos da matriz na amostra. [28]
A capacidade de penetração dos raios-X varia entre alguns micrómetros até alguns milímetros, dependendo da composição da matriz da amostra.
Quanto maior a densidade do material, maior será a absorção de raio-X. As características químicas dos elementos também interferem na leitura das amostras. Elementos mais leves, absorvem melhor que elementos mais pesados. O que quer dizer que, entre o cálcio e o ferro, o ferro vai absorver melhor a radiação. Mas encontra-se em menor quantidade do que o cálcio na amostra.
A capacidade dos raios-X penetrarem e se escaparem da amostra depende dos elementos que estão a ser detectados. Os elementos como o ferro têm raios-X de muito baixa energia logo são muito difíceis de detectar, mesmo em concentrações muito baixas. O cálcio tem radiações muito mais energéticas e por isso os raios-X vão ter a capacidade de penetrar para zonas mais interiores da amostra.
Quanto maior a concentração dos elementos pesados, mais reduzida é a possibilidade de os raios-X se escaparem de dentro da amostra.
ENERGIA DO FEIXE QUE CHEGA À AMOSTRA
Quando os raios-X que chegam à amostra, alguns são absorvidos e outros são difundidos (dispersos). Como vão perdendo a sua energia, dificilmente nas condições em que o aparelho opera (em termos de voltagem e corrente) eles conseguem ser transmitidos através do material.
A dispersão das ondas no material pode ocorrer com ou sem perda de energia, sendo chamada de dispersão “Compton” ou “Rayleigh”, respectivamente, como mostrado na figura seguinte.
Fig. 10 - Dispersão das ondas numa amostra. (retirado de [28])
Em amostras compostas maioritariamente por elementos leves, como o Ferro, a proporção de radiação dispersa é alta. Isso não acontece com as amostras que irei usar, pois têm uma quantidade elevada de Cálcio e uma pequena quantidade de ferro, logo espera-se que a dispersão de luz seja baixa.
A difusão de luz pode ser reduzida se colocarmos um material absorvente (filtro) entre o tubo e a amostra. Nas condições que irei usar para a determinação de cálcio e ferro, irei usar um filtro de alumínio.
Como já referido anteriormente, a energia do fotão de raio-X incidente é de extrema importância para que seja possível a remoção dos electrões das orbitais e a emissão de energia devido à migração dos electrões vizinhos para a orbital desocupada de menor energia. Assim, é necessário que a energia dos fotões de raio-X seja maior que a energia de ligação do electrão ao núcleo do elemento que se está a determinar. No entanto, se a energia da radiação incidente também for demasiado alta, o emparelhamento entre o electrão e o fotão não se concretiza e apenas alguns electrões são libertados. À medida que a energia dos fotões de raio-X se reduz e se aproxima da energia de ligação dos electrões, a quantidade de electrões expelidos aumenta. [28]
Se a voltagem gerada pelo cátodo for suficiente para excitar múltiplos estados de energia (K, L) então ambas as radiações incidem na amostra. Usualmente as K são mais intensas, logo penetram mais.
Se a voltagem for reduzida, as bandas de menor energia (K) não são excitadas e a radiação característica terá apenas linhas L e como resultado a penetração será muito reduzida. [28]
Radiação com comprimentos de onda maiores (menor energia) é absorvida mais rapidamente.
COLIMADOR
O colimador é constituído por um conjunto de placas metálicas com buracos no meio, designado para absorver todas as radiações que não estão a viajar na direcção correcta. Pode ter a dimensão entre 12 micrómetros até vários milímetros. Permite gerar feixes de raio-X estreitos. Porém, pode ocorrer perda de intensidade à medida que diminui o diâmetro do feixe.
DETECTOR
O detector é a unidade física que permite interpretar os sinais que são difundidos da amostra sob a forma de raios-X.
O espectrómetro de fluorescência por raio-X Minipal4 possui um sistema de detecção de dispersão de energia. Mede directamente as diferentes energias dos raios-X fluorescentes emitidas pela amostra. Ao contar e representar a quantidade relativa de raios-X associado a cada energia, gera um espectro de XRF, característico da amostra que se está a analisar.
O detector é do tipo SDD (“silicon drift detector”). Forma pares de electrões num material condutor (frequentemente silício). Assim que isto acontece, os electrões são removidos do detector e a corrente resultante é proporcional ao número de pares de electrões, que está também directamente relacionada com a energia do feixe de raio-X. Este procedimento é repetido várias vezes e o resultado é um gráfico de barras com níveis diferentes de energia. [32]
Os raios-X entram por uma janela fina de Belírio e produzem pares de electrões na região semicondutora do detector. O número de pares de electrões formados depende da energia dos raios-X que chegam ao detector. Quanto maior a energia, mais electrões irão ser formados. Aqui é também aplicada uma alta voltagem para puxar os electrões para a parte traseira do detector, que são gravados como pulsos negativos.
Fig. 11 - Esquema do percurso dos electrões no detector
Eléctrodos concêntricos são colocados na superfície traseira do silício, que são usados para puxar os electrões que chegam, provenientes da absorção por raio-X, para o centro do chip. Os electrões são recolhidos como um pulso negativo e contados pelo analisador.
Fig. 12 - Detector SDD (Silicon Drift Detector)
(adaptado de [33])
A unidade de contagem mede a energia dos fotões de raio-X que chegam ao detector em cada segundo e converte-os em pulsos de intensidade, proporcionais à energia dos respectivos fotões. A intensidade dos feixes por segundo é dada por cps, “counts per second” e contém a informação acerca da concentração dos elementos emitidos pela amostra. [26]
O XRF é uma técnica de análise quantitativa em que o tamanho do pico (altura) de cada elemento é directamente relacionado com a concentração desse elemento no volume da amostra.