Fluorescence X, une méthode non destructive pour analyser des échantillons

24 janvier 2020

Un spectromètre de fluorescence X permet d’obtenir la composition chimique d’un échantillon rapidement, précisément et de manière non destructive.

Comment fonctionne la XRF ?

Pour comprendre comment fonctionne la Fluorescence X, il convient de définir quelques notions :

L’atome

Tout ce qui nous entoure est composé d’atomes.

Même notre corps est composé d’atomes. Très petits, ils sont composés, de protons (chargés positivement), de neutrons (non chargés) et d’électrons (chargés négativement).
Les protons et les neutrons composent le noyau de l’atome.

atome
atome

Le nombre d’électrons ou de protons détermine les propriétés de l’atome.

Niels Bohr (physicien danois du XXe siècle) propose un modèle d’atome :
Les électrons tournent autour du noyau en se déplaçant sur certaines orbites circulaires autorisées qui correspondent à une énergie déterminée. C’est la stabilité de l’atome.
Il y a une émission d’un rayonnement quand un électron « saute » d’une orbite à une autre orbite d’énergie inférieure. Le rayonnement est émis sous forme d’un photon.  Son énergie correspond à la différence d’énergie entre les deux orbites.

Les rayons X

Un rayonnement est une émission d’énergie. Nous sommes entourés de nombreux rayonnements, visibles ou invisibles. (lumière, micro-ondes, ondes radio, ultraviolet etc.)
Les rayonnements X sont appelés « ionisants » parce qu’ils émettent des rayons d’énergies capables de transformer les atomes qu’ils traversent.

La fluorescence X

Nos spectromètres de fluorescence X possèdent un tube qui va émettre des rayons X vers l’échantillon.

spectromètre XRF
Tube à rayons X

Cette énergie incidente va éjecter des électrons de la couche interne. (Seules les couches K, L et M nous intéressent.)

énergie incidente
électron éjecté

Les couches internes vont se réorganiser en récupérant des électrons des couches supérieures pour retrouver un état stable. La différence de niveau d’énergie entre les différentes couches entraîne une émission secondaire : c’est ça la fluorescence X.

fluorescence X
fluorescence X
couches K, L, M
couches K, L, M, N

Les photons interagissent avec le cristal de silicium du détecteur pour créer un signal électrique qui sera proportionnel à l’énergie du photon.

Le signal est amplifié et mis en forme par le codeur pour générer un spectre.

spectre
spectre

Le spectre est traité par un logiciel et permet de calculer la composition de l’échantillon.

Les couches K, L et M de l’atome

Les électrons gravitent autour du noyau de l’atome et sont répartis dans des couches électroniques que l’on appelle K, L, M etc.
La couche K peut contenir 2 électrons, la couche L, 8 électrons et la couche M 18 électrons.

Les spectromètres XRF portables Niton

Les analyseurs à fluorescence X conçus par Thermo Scientific et distribués par FONDIS ELECTRONIC sont capables d’analyser les éléments du tableau périodique de Mg (Magnésium) à U (Uranium).

tableau périodique
tableau périodique

Pour les éléments légers, le Magnésium, l’Aluminium, le Silicium, le Phosphore et le Soufre, il faudra choisir un spectromètre équipé d’un détecteur SDD (Silicon Drift Detector) GOLDD.
Nos spectromètres XRF portables peuvent être utilisés pour de multiples métiers : le recyclage de métaux, le contrôle qualité en fabrication production, le contrôle PMI (contrôle de la nuance), la pollution des sols, l’inspection de tuyaux, des soudures, des cuves, pour les raffineries, les centrales nucléaires etc. Les spectromètres sont polyvalents.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement de la fluorescence X n’hésitez pas à contacter notre équipe d’experts unique en France.

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