Análise Química de Uma Amostra de Caulim por Espectroscopia Dispersiva de Comprimento de Onda de Raios-X (WDS )

Análise química de uma amostra de caulim por espectroscopia dispersiva de comprimento de onda de raios-X (WDS )   

Gabriella Cavalcante de Souza1 e Heber Sivini Ferreira²

 DEMAT/CT/UFPB

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Resumo

A espectroscopia de fluorescência de raios X por comprimento de onda dispersivo (WDS) identifica a composição química de amostras, utilizando difração de monocristais para detectar o comprimento de onda de raio x característico da amostra. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é identificar e analisar os compostos químicos de uma amostra, a principio de caulim, por WDS. Por técnicas de caracterização anteriormente empregadas para análise da amostra, identificou-se que a mesma é composta por caulinita, calcita, mica, quartzo e mulita. Através da análise realizada no Espectrômetro de Raios X de modelo XRF1800 SHIMADZU, pôde-se observar que os óxidos com maior percentual foram os de SiO2 (43,64 %), o Al2O3 (34,77 %), o CaO (4,49 %) além dos percentuais de Fe2O3(0,44%) e Na2O (0,16%), e outros óxidos presentes em menor quantidade, confirmando, em comparação com os percentuais teóricos já obtidos, que a amostra trata-se de caulim.

        

Palavras-chave: espectroscopia de raios x, óxidos, composição química.

Introdução

Assim como técnica de difração de raios X estudada anteriormente, a espectroscopia de raios X faz uso dos raios X para análise de amostras. No entanto, a espetroscopia difere da difração de raios X, de modo que a primeira utiliza os raios X característicos para identificar elementos químicos, e a segunda, para análise de estrutura cristalina, respectivamente.

A espectroscopia de raios X determina a presença e as quantidades de elementos químicos, através da detecção de raios X característicos que são emitidos a partir de átomos irradiados por um feixe de alta energia. A energia dos raios X característicos é a diferença de energia entre dois elétrons em diferentes camadas energéticas (K, L, M, N, O, P, Q.), sendo bem definido e depende do número atômico do átomo. Assim, pode-se identificar um elemento químico a partir dos raios X característicos que ele emite. Esses podem ser identificados través do comprimento de onda de raios-X, como na espectroscopia dispersiva de comprimento de onda de raios-X (WDS), ou da energia de raios-X, como na espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) 1.

Os espectrômetros mais utilizados para espectroscopia de raios-X incluem espectrômetros de fluorescência de raios X e microanálise em microscópios eletrônicos. O espectrômetro de fluorescência de raios X é um equipamento autônomo para análise elementar. Vale destacar que a palavra "fluorescência" é usada para distinguir a emissão de raios-X secundária dos átomos da amostra das radiografias primárias que irradiam a amostra2,3.

A fonte que gera os raios X primários para excitar átomos de amostras é o tubo de raios X, similar ao utilizado no difratômetro de raios X. O tubo de raios X é operado com uma potência de 0,5 a 3 kW e necessita de alta voltagem, na faixa de 30 a 50 kW. A razão para usar a alta voltagem é garantir que os raios X que colidem com a amostra excedam o potencial crítico de excitar os raios X característicos dos elementos nas amostras4.

A vantagem da EDS sobre o WDS se deve ao fato de que todos os elementos são contados ao mesmo tempo na EDS. Desse modo, obtém-se rapidamente uma visão  geral  da  composição  da  amostra.  No WDS o detector deve  ser  posicionado  no  ângulo  adequado  para  cada  elemento presente,  levando  tempo  maior  para  a  contagem total  dos  elementos  da  amostra.  Outra desvantagem do WDS é a natureza da amostra que deve ser metalograficamente preparada, enquanto na EDS a amostra pode ter as características rugosas usuais para observação no MEV. Contudo, o WDS fornece melhor resolução que EDS1,5.

        Dentre as diferenças dos sistemas WDS e EDS,  a principal delas está nos sistemas de detecção de raios-X. O tipo WDS usa difração de cristal para detectar comprimentos de onda característicos emitidos da amostra, porque, de acordo com a Lei de Bragg, o cristal é capaz de difratar um comprimento de onda específico em um ângulo específico entre o feixe de raios X incidente e um plano cristalográfico. O instrumento EDS usa um detector de fótons, tipicamente um diodo de Si (Li), para separar os fótons de raios X característicos de acordo com suas energias1,5.

Um sistema WDS pode ter um conjunto de cristal / detector (canal único) ou vários conjuntos de cristal / detector (multicanal) 6. O cristal analisador deve ser cuidadosamente selecionado porque determina o intervalo de números atômicos detectáveis. O comprimento de onda que pode ser detectado por um cristal é definido pela Lei de Bragg. Normalmente, o ângulo θ máximo atingível em um sistema WDS é de aproximadamente 73◦. Assim, pela equação de Bragg (Equação 1), o máximo λ de raios X característicos sendo difratados é de cerca de 1,9d do cristal analisador1,2.

                                                      Eq. 1[pic 1]

        Dessa forma, para obteremos o espectro de onda de maior resolução deve-se usar um pequeno cristal de espaçamento d. No entanto, usar o cristal analisador com um pequeno d reduzirá o alcance do comprimento de onda a ser detectado devido ao limite de 1,9d2.

Nesse contexto, este trabalho tem por finalidade analisar, de forma quantitativa, a composição química de uma amostra conhecida através da técnica de espectroscopia de fluorescência de raios X e a devida ampliação dos conhecimentos quanto ao funcionamento do WDS.