Analyse par rayon x

[Hamza89]

salut, j'ai une question, lors du calcul de pourcentage des éléments chimiques dans un échantillon de minerai de fer, nous utilisons un appareil qui effectue une analyse à l'aide de rayons X en utilisant la méthode (wdxrf),une source de rayons X sont dirigés vers l'échantillon, puis les rayons se dirige vers les cristaux, puis les rayons se disperse vers le détecteur. est-ce-que à partir des cristaux le détecteur reçoit-il une seule longueur d'onde pour chaque element chimique ou plusieurs longueurs d'onde pour chaque element ? Et merci .
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[Tawahi-Kiwi]

Salut,

est-ce-que à partir des cristaux le détecteur reçoit-il une seule longueur d'onde pour chaque element chimique ou plusieurs longueurs d'onde pour chaque element ? Et merci .

A partir des cristaux diffracteurs, le detecteur ne recoit qu'une longueur d'onde* (c'est en gros le 'WD' dans WDXRF), mais une seule longueur d'onde n'est pas forcement exclusif a un seul element chimique.

Exemple: l'analyse quantitative du fer et du cobalt vont se faire sur leurs pic d'emission respectif Kα, mais le fer emet aussi a la frequence Kβ qui est tres proche du Kα du cobalt.
Donc lorsque est dans l'orientation du cristal diffracteur pour obtenir l'emission du cobalt sur le detecteur, on a evidemment le cobalt-Kα (s'il est present), mais aussi l'emission secondaire du fer-Kβ


Un exemple parmi d'autre du recouvrement des pics d'emission - le recouvrement Fe-Co est loin d'etre le pire. Certains elements, souvent presents ensembles dans les minerais naturels, ont des pics d'emission tres proches (ex: titane & vanadium).
Arthur & Scherer, 2020

Pour eviter de surestimer le cobalt present, il faut calibrer l'appareil avec des substances de concentrations connues. On connait alors les rapports exacts Kα-Kβ de chaque element (ainsi que de nombreuses autres raies d'emission) et on peut corriger les resultats obtenus.
L'analyse d'un echantillon contenant fer et cobalt se fera donc en analysant FeKα; Si FeKα est tres faible, alors FeKβ est negligeable vis-a-vis de CoKα si l'echantillon contient beaucoup de cobalt. Si ce n'est pas le cas, il faut utiliser CoKβ (et eventuellement l'emission totale CoKα+FeKβ) pour calculer la concentration en cobalt.

*En fait, le detecteur recoit egalement les multiples issus de la diffraction mais ceux-ci sont tres predictibles.

T-K

[Hamza89]

Merci, et est-ce que l'élément chimique n'a-t-il qu'une seule longueur d'onde? par exemple le fer ,Le détecteur ne reçoit-il qu'une seule longueur d'onde spécifique au fer, ou le détecteur reçoit-il plusieurs longueurs d'onde pour le fer, à partir des cristaux.

[Tawahi-Kiwi]

Merci, et est-ce que l'élément chimique n'a-t-il qu'une seule longueur d'onde?

Non, plus l'element a une masse elevee, plus il a des raies d'emissions (voir ici par exemple). Le fer a des emissions L mais elle sont peu utilisees - sur l'image ci-dessus on voit deja les deux emissions K du fer a 6,4 et 7,06 keV. En pratique, on utilise que FeKα, sauf s'il y a des concentrations importantes de manganese (MnKβ) ou des lanthanides (qui emettent dans des longueurs d'ondes (L) similaires a FeKα).

Ce que le detecteur recoit, c'est ce que l'on programme dans la calibration et l'analyse. Si on lui dit d'ignorer FeKβ (parce qu'il n'y a pas de manganese et de terres rares par exemple), on ne se limite qu'a FeKα.

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Hamza89]

Pour quoi Les cristaux tournent lorsqu'ils reçoivent des rayons à partir de l'échantillon،et Quelle est l’importance de cela avec la loi de Brag ?

[Tawahi-Kiwi]

Loi de Bragg: nλ = 2d.sinθ

λ est la longueur d'onde du rayon X, d est une caracteristique du cristal analyseur et θ est une des raisons pour laquelle il tourne (l'autre etant que le detecteur se deplace).

Ca va de soit non?

T-K

[Hamza89]

Que se passe-t-il si l'angle n'est pas tourné ?

[Tawahi-Kiwi]

Que se passe-t-il si l'angle n'est pas tourné ?

D'un point de vue technique, l'analyse est incomplete et non quantitative pour l'élément mesuré (si le cristal analyseur est dans une position de detection d'un pic emetteur, sinon, il ne mesure rien).

[Hamza89]

Cela signifie que les longueurs d’onde provenant de l’échantillon vers les cristaux ne sont pas dirigées dans la même ligne ?

[Tawahi-Kiwi]

Pour avoir une analyse complete et quantitative, il faut analyser (ou connaitre la concentration de) tout les elements presents, analyser le pic emetteur, et analyser le bruit de fond avant et apres le pic. Tout cela n'est pas possible si le cristal analyseur ne tourne pas.

Cela signifie que les longueurs d’onde provenant de l’échantillon vers les cristaux ne sont pas dirigées dans la même ligne ?

Non.
Les rayons X atteignant l'echantillon emettent une fluorescence X dans toutes les directions, a toutes les longueurs d'ondes. Seule un petite partie est permise d'atteindre un des cristaux analyseurs au travers d'une fente.
Tout les rayons allant de l'echantillon au cristal analyseur sont evidemment tous sur la meme ligne.

Mais tout les rayons a toutes les longueurs d'onde atteignant le cristal seront diffuses ou diffractes dans differentes directions. Seule une disposition echantillon-cristal-detecteur pour une longueur d'onde d'un pic d'emission atteindra le decteteur lorsque le cristal repond aux conditions de Bragg pour une orientation donnee.
Les autres longeurs d'onde sont diffuses dans toutes les directions ou diffractes (lorsque c'est possible) dans des directions qui ne sont pas du tout celle du detecteur.

T-K

[Hamza89]

Le détecteur analyse uniquement les longuer d'ondes qui satisfont aux conditions de Bragg, mais les autres longueur d'onde Ce qui ne répond pas aux conditions de Bragg n'est-elle pas aussi importante que celle des ondes qui satisfont aux conditions de Bragg ? Pourquoi ne sont-elles pas analysées également?

[gts2]

Bonjour,

Le détecteur analyse ce qu'il reçoit et les collimateurs font qu'il ne voit que la longueur d'onde respectant les conditions de Bragg.
Le but du collimateur est précisément de sélectionner une longueur d'onde.
Les autres passent à côté comme déjà dit par @Tawani-Kiwi
Et pour parcourir les longueurs d'onde il faut faire tourner le cristal analyseur ce qui change l'angle et donc la longueur d'onde.
Avez-vous regardé un schéma avec les collimateurs imposant la direction et le cristal tournant permettant de sélectionner la longueur d'onde ?

[Tawahi-Kiwi]

En ajout a la reponse de gts2,

Pourquoi ne sont-elles pas analysées également?

Un appareil d'analyse de fluorescence X par dispersion de longueur d'ondes (ils en existent differents types, mais le principe de base est le meme) a au minimum 3 a 5 cristaux analyseurs differents pour s'assurer que les conditions de Bragg sont satisfaites sur toutes la gamme de rayons X possible suivant leurs orientations et caracteristiques cristallines. Ce n'est donc pas une limitation technique (sauf pour H, He, Li et Be).


Exemple de cristaux analyseurs communs (TAP, PET, LiF, PC0, PC1, PC2...); les trois premiers sont essentiels pour couvrir la gamme du sodium a l'uranium - remarque les espacements (2d) du reseau de chaque cristal qui varient de 2,58 a 0,40 nm.
Source: JEOL

La raison pour laquelle on analyse pas tout le spectre, c'est que pour avoir une analyse quantitative de bonne qualite, on passe du temps d'analyse sur le pic d'emission choisi, et sur les bruits de fond adjacents, et que parcourir tout le spectre X sans aucun but analytique est une perte de temps.

Mais on peut le faire et on obtient un spectre grossier de basse resolution qui va rater les concentrations les plus faibles, ou on utilise d'autres techniques, notamment la dispersion d'energie (EDS, EDX, EDXRF, differents noms pour la meme chose) qui peut faire une acquisition de tout le spectre X relativement rapidement avec une precision raisonnable.

T-K

[Hamza89]

Oui, j'ai trouvé plusieurs modèles de ce type, mais ils ne sont pas détaillés .

[Hamza89]

Bonsoir,Pourquoi utilise 3 à 5 cristaux, et est-ce-que qu'un seul détecteur pour détecter les longueurs d'onde qui établissent la relation de Bragg ?

[Tawahi-Kiwi]

Bonsoir,Pourquoi utilise 3 à 5 cristaux,

La reponse est deux messages plus haut...

et est-ce-que qu'un seul détecteur pour détecter les longueurs d'onde qui établissent la relation de Bragg ?

Chaque diffractometre a son detecteur pour des raisons techniques et pratiques evidentes (le detecteur ne pouvant pas faire de discrimination de la longueur d'onde incidente).

T-K

[Hamza89]

Est ce que Chaque élément chimique a-t-il une longueur d’onde différente de celle des autres éléments ?

[Tawahi-Kiwi]

Est ce que Chaque élément chimique a-t-il une longueur d’onde différente de celle des autres éléments ?

Oui et non, Voir mes reponses aux messages #2 et #4 ou tu as posé plus ou moins la meme question

...et est-ce que l'élément chimique n'a-t-il qu'une seule longueur d'onde?

Si tu n'as pas compris la réponse, explique quel est ton probleme; si tu ne lis pas la réponse, débrouille-toi.

T-K