Analiza fluorescencji rentgenowskiej (XRF)
Także: RFA, XRF, Fluorescencja rentgenowska, X-ray fluorescence
Nieniszcząca metoda analityczna, która za pomocą promieniowania rentgenowskiego precyzyjnie określa skład pierwiastkowy metali szlachetnych i stopów.
Analiza fluorescencji rentgenowskiej (XRF) – znana międzynarodowo jako X-ray fluorescence (XRF) – uchodzi dziś za złoty standard nieniszczącego oznaczania próby. Dilerzy, rafinerie i organy celne stosują ją, aby w ciągu sekund sprawdzić sztabki i monety pod kątem ich faktycznego składu pierwiastkowego, bez uszkadzania lub przetapiania przedmiotu.
Zasada działania
Urządzenie XRF naświetla powierzchnię próbki wysokoenergetycznym promieniowaniem rentgenowskim (pierwotne promieniowanie rentgenowskie). Energia ta wprawia elektrony w wewnętrznej powłoce atomowej w stan wzbudzenia; przy powrocie do stanu podstawowego atomy emitują charakterystyczne promieniowanie wtórne lub fluorescencyjne. Każdy pierwiastek ma jednoznaczną sygnaturę energetyczną – detektor urządzenia mierzy natężenie i energię tego promieniowania i oblicza z tego stężenia pierwiastków.
Pierwotne promieniowanie rentgenowskie → wzbudzenie elektronów
→ emisja promieniowania fluorescencyjnego (specyficzna dla pierwiastka)
→ detektor mierzy energię i natężenie
→ oprogramowanie oblicza próbę w ‰ lub karatach
Typowy przebieg pomiaru
- Kalibracja urządzenia (producent dostarcza certyfikowane wzorce odniesienia).
- Umieszczenie badanego obiektu na otworze pomiarowym; powierzchnia musi być płaska i czysta.
- Rozpoczęcie pomiaru – czas trwania zależnie od urządzenia i pożądanej dokładności od 10 do 60 sekund.
- Odczyt wyniku: pierwiastek główny (np. Au), metale stopowe (Ag, Cu, Pd) i pierwiastki śladowe w procentach wagowych lub promilach.
Mocne strony i granice w porównaniu
| Kryterium | XRF | Próba kwasowa | Pomiar gęstości |
|---|---|---|---|
| Nieniszcząca | tak | nie (zarysowanie) | tak |
| Głębokość pomiaru | powierzchnia (10–50 µm) | powierzchnia | cała objętość |
| Dokładność próby | ± 0,1–0,5 % wag. | zgrubna | pośrednia |
| Wykrywa rdzeń wolframowy | nie | nie | tak (gęstość) |
| Koszt urządzenia | wysoki (od ok. 5 000 €) | niski | niski |
| Zastosowanie w terenie | możliwe (urządzenia ręczne) | możliwe | możliwe |
Ważne ograniczenie: XRF obejmuje tylko przypowierzchniową warstwę typowo 10 do 50 mikrometrów. Fałszerstwo wolframowe – sztabka złota z rdzeniem wolframowym – może zatem pozostać niewykryte, jeśli powłoka złota jest grubsza niż głębokość pomiaru. Dla sztabek od pewnej masy zaleca się dlatego połączenie XRF z badaniem ultradźwiękowym lub pomiarem gęstości według Archimedesa.
Obszary zastosowania
- Skup starego złota i złomu złota: dilerzy ustalają próbę już podczas rozmowy z klientem; kalkulator wartości materiału natychmiast przelicza wartość.
- Badanie monet: monety bulionowe, takie jak Krugerrand czy Maple Leaf, można sprawdzić pod kątem próby i składu stopu – uzupełniająco do sprawdzania autentyczności monet.
- Przemysłowa kontrola przyjęcia towaru: rafinerie badają sztabki Doré i granulat na podstawie standardu LBMA Good Delivery.
- Kontrola celna: organy stosują mobilne urządzenia ręczne, aby szybko zweryfikować zadeklarowane metale szlachetne w ruchu podróżnym.
Typy urządzeń
Stacjonarne urządzenia laboratoryjne (moc lampy do 50 W, chłodzenie ciekłym azotem lub Peltiera) osiągają najwyższą dokładność. Kompaktowe urządzenia ręczne (budowa pistoletowa, zwane też Gun-XRF) są zasilane akumulatorem i gotowe do pracy w kilka sekund – idealne do mobilnego skupu. Wyspecjalizowane urządzenia do badania monet, takie jak Sigma Metalytics, wykorzystują natomiast indukcję elektromagnetyczną zamiast promieniowania rentgenowskiego i nie są więc urządzeniami XRF, choć często wymienia się je jednym tchem.
Warto zapamiętać
XRF dostarcza w ciągu sekund precyzyjnego, nieniszczącego potwierdzenia próby – nie wykrywa jednak rdzenia wolframowego pod grubą warstwą złota. Dla maksymalnego bezpieczeństwa przy większych sztabkach zaleca się połączenie z metodą objętościową, taką jak pomiar gęstości lub badanie ultradźwiękowe.