Principios de análisis instrumental

282 Capítulo 12 Espectrometría atómica de rayos X «< de Be Predetector de Si(Li) en criostato de N 2 líquido Entrada de He ¡ Muestra Radiación Ventana de Be de fluorescencia Analizador de altura de pulso multicana\ a) E E ~ 00 52 mm 1-----.-,1-7 Electrónicos Detector de rayos X Detector alfa b,S.~sd~-Colimador Fuente alfa Puerta Anillo de contacto .-----¡::::::::::::::,;::::::¡-~ Vista frontal del APXS Detector de rayos X Detector alfa con colimador Fuente alfa Anillo de contacto b) FIGURA 12.13 Espectrómetro dispersor de energía de fluorescencia de rayos X. La excitación mediante rayos Xdesde a) un tubo de rayos Xy b) una sustancia radiactiva (curio 244, una partícula alfa de 5.81 MeV y una fuente de rayos X) como se muestra en la cabeza de sensores del espectrómetro de rayos X de protones y partículas alfa para las misiones a Marte. Nuevo tipo de detector de Rayos Xque trabaja a temperatura ambiente. (Reimpresa con autorización de R. Gellert et al., J. Geophys. Res ., 2006, 111, E02S05, DOI: 10.1029/2005je002555.) mento la dispersión de cristales tiene que ser también fácil. Los instrumentos de un solo canal cuestan más de 50 000 dólares. Los instrumentos multicanal de dispersión son equipos grandes y caros (> 150 000 dólares) que permiten detectar y determinar de manera simultánea hasta 24 elementos. En estos aparatos los canales individuales constan de un cristal adecuado y de un detector, y están distribuidos en forma radial alrededor de la fuente de rayos X y del portamuestra. Los cristales para todos o para la mayoría de los canales están fijos, formando un ángulo apropiado respecto a una determinada línea del analito; en algu– nos instrumentos, se pueden mover uno o más cristales para per– mitir un barrido del espectro. En un instrumento multicanal cada transductor contiene su propio amplificador, un selector de alturas de pulso, un escalador y un contador o integrador. Estos instrumentos están equipados con una computadora que controla el instrumento, la organiza– ción de los datos y el despliegue de los resultados analíticos. Una determinación de veinte o más elementos se puede terminar en pocos segundos o pocos minutos. Los instrumentos multicanal se usan ampliamente para determinar diverso s componentes en materiales industriales como aceros, otras aleaciones, cementos, minerales y produc– tos del petróleo. Tanto los instrumentos de un solo canal, como los de múltiples canales, tienen la aptitud de manipular muestras en forma de metales, sólidos pulverizados, películas evaporadas, líquidos puros o disoluciones. Si es necesario, los materiales se colocan en una cubeta con una ventana de Mylar o de celofán. Instrumentos dispersores de energía Tal como se mu estra en la figura l2.13a, un espectrómetro de fluorescencia de rayos X que dispersa la energía consta de una fuente policromática, que puede ser un tubo de rayos X o un material radiactivo; un portamuestras; un detector semiconduc– tor; y diversos componentes electrónicos, necesarios para discri– minar la energía. 11 Una ventaja obvia de los sistemas dispersores de energía es la sencillez y ausencia de partes móviles en los componentes de excitación y detección del espectrómetro. Además, la ausencia de colimadores y de un cristal difractor, así como la cercanía entre el detector y la muestra, incrementa lOO veces o más la energía que llega al detector. Estas características permiten usar fuentes más débiles, como los materiales radiactivos o tubos de rayos X de baja potencia, que son más baratos y en los que es menos probable que la radiación cause daños en la muestra. En general, el precio de los instrumentos dispersores de energía es de cuatro a cinco veces menor que el de un sistema dispersor de longitudes de onda. En la figura 12.I3b se ilustra la cabeza de sensores del explo– rador enviado a Marte en 2004. La cabeza contiene una fuente de curio 244 que emite rayos X y partículas alfa de 5.81 MeV. Los rayos X causan fluorescencia en las muestras de roca de Marte, y las partículas alfa estimulan también la emisión de rayos X. La emisión de rayos X estimulada por el bombardeo con partículas alfa y otras partículas subatómicas como los protones se llama emisión de rayos X inducida por partículas. El detector de rayos X es de un tipo nuevo que funciona a temperatura ambiente, que en la baja temperatura de la noche marciana (por debajo de -40 °C) produce poco ruido y una alta relación señal-ruido, con lo que se tiene una resolución y sensibilidad excelentes. Observe el diseño concéntrico de la cabeza de sensores con seis fuentes de Cm-244 acomodados alrededor del detector central. El espectro de rayos X 11 Véase R. )enkins, X-Ray Fluorescence Spectrometry, 2a. ed., New York: Wiley, 1999.