Röntgen-fluoreszenzanalyse (RFA)
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), auch bekannt als XRF-Analyse (X-ray fluorescence), ermöglicht eine schnelle und präzise Bestimmung der chemischen Zusammensetzung eines Materials oder Schichtsystems. Das Verfahren arbeitet vollständig zerstörungsfrei, was es besonders wertvoll für die Qualitätskontrolle und Forschung macht.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist die Röntgenfluoreszenzanalyse?
- Wie funktioniert die Röntgenfluoreszenzanalyse?
- Röntgenfluoreszenzanalyse bei Quality Analysis
- Vorteile der RFA/XRF
- Das Röntgenfluoreszenzspektrometer
- Was wird mit der Röntgenfluoreszenzanalyse gemessen?
- Einsatzgebiete der Röntgenfluoreszenzanalyse
- Röntgenfluoreszenzanalyse kurz zusammengefasst

Was ist die Röntgenfluoreszenzanalyse?
Die Röntgenfluoreszenzanalyse ist ein Analyseverfahren, das Röntgenstrahlen nutzt, um die chemische Zusammensetzung eines Materials zu bestimmen. Dabei regen die hochenergetischen Strahlen die Atome der Probe zur Emission charakteristischer Fluoreszenzstrahlen an, die anschließend von einem Detektor erfasst werden. Die RFA- oder XRF-Methode ist präzise, schnell und ermöglicht eine Prüfung von Feststoffen, Pulvern oder Flüssigkeiten.
Wie funktioniert die Röntgenfluoreszenzanalyse?
Die Röntgenfluoreszenzanalyse basiert auf der Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit einer Probe. Folgende Schritte sind dazu nötig bzw. laufen automatisiert ab:
1
Probenpräparation
Feste Materialien wie Metalle, Pulver, Schmuck oder fertige Bauteile sowie Beschichtungen können direkt, also zerstörungsfrei, analysiert werden.
2
Erzeugung der Röntgenstrahlen
In einer Röntgenröhre werden Röntgenstrahlen erzeugt, indem Elektronen auf ein Target (z.B. Wolfram oder Rhodium) beschleunigt werden. Diese Strahlen besitzen eine hohe Energie und treffen auf die Probe, die analysiert werden soll.
3
Emission der Strahlen
Beim Nachrücken der Elektronen wird Energie in Form von charakteristischen Fluoreszenzstrahlen abgegeben. Diese Strahlen sind für jedes Element einzigartig spezifisch, vergleichbar mit einem "Fingerabdruck".
4
Detektion der Strahlen
Ein Detektor, häufig ein Silizium-Drift-Detektor (SDD), erfasst die Energie und Intensität der emittierten Strahlen. Die Energie zeigt, um welches Element es sich handelt, während die Intensität die Menge des jeweiligen Elements angibt.
5
Analyse der Daten
Die gemessenen Daten werden durch eine Software verarbeitet, wodurch eine präzise Elementanalyse möglich ist. Das Ergebnis ist eine Übersicht der chemischen Zusammensetzung der Probe.
Röntgenfluoreszenzanalyse
bei Quality Analysis
Wir bei Quality Analysis bieten eine breite Palette von Analyseverfahren zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Materialien an. Mithilfe des Röntgenfluoreszenzgeräts Spectro Midex, mit seinen hochauflösenden Detektoren und automatisierten Steuerung, können wir schnelle und präzise Ergebnisse kleiner und komplexer Proben erzielen.
Neben der Röntgenfluoreszenzanalyse setzen wir auch EDX und die Funkenemissionsspektroskopie ein, um die Elementzusammensetzung verschiedener Materialien zu bestimmen.
- Analyse kleinster Proben, Partikel oder Fasern mit dem Spectro Midex
- Schichtdickenmessung und Schichtanalyse
- Analyse von Legierungen, Feststoffen, Flüssigkeiten und Pulver
- Erkennung und Quantifizierung von Schwermetallen und anderen Schadstoffen in Böden, Sedimenten und Kunststoffen
- Untersuchung elektronischer Baugruppen auf schadhafte Rückstände

Vorteile der RFA/XRF
Die RFA ist schnell, kostengünstig und in der Regel zerstörungsfrei, wodurch Proben ohne Verlust analysiert werden können. Sie bietet hohe Präzision bei der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und kann eine breite Palette von Elementen detektieren. Die Methode ist ideal für Anwendungen in der Qualitätssicherung, Umweltanalytik und Materialprüfung.
Das Röntgenfluoreszenzspektrometer
Eine RFA-Analyse wird in einem sogenannten Röntgenfluoreszenzspektrometer wie dem Spectro Midex durchgeführt. Im Wesentlichen besteht jedes RFA-Gerät aus zwei Hauptkomponenten. Zunächst gibt es die primäre Strahlungsquelle, die in den meisten Fällen eine Röntgenröhre darstellt. Diese erzeugt die hochenergetische Röntgenstrahlung, die benötigt wird, um die Atome der Probe zur Emission von charakteristischer Fluoreszenzstrahlung anzuregen.
Die zweite Schlüsselkomponente ist der Detektor des Spektrometers, da er die Art der Detektion und somit die Präzision und Genauigkeit der Analyse bestimmt. In der Röntgenfluoreszenzanalyse kommen zwei verschiedene Arten von Detektoren zum Einsatz: energiedispersive und wellenlängendispersive Detektoren. Der Unterschied zwischen diesen liegt in der Art und Weise, wie die emittierten Röntgenstrahlen analysiert werden.
Die Energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse
Die Energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (ED-XRF) ist eine spezielle Form der Röntgenfluoreszenzanalyse, bei der die charakteristischen Röntgenstrahlen, die von den Atomen einer Probe emittiert werden, anhand ihrer Energie analysiert werden. Bei diesem Verfahren wird die Probe mit Röntgenstrahlen angeregt, wodurch die Atome der Probe Röntgenstrahlen mit spezifischen Energien aussenden. Ein energiedispersiver Detektor misst, ähnlich wie bei der EDX, diese Energien und ermittelt die Elemente in der Probe sowie ihre Konzentrationen.
Wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzanalyse im Vergleich
Im Gegensatz dazu steht die Wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (WD-XRF), die sich durch ihre höhere Präzision und Empfindlichkeit auszeichnet. Anstatt die Energie der Röntgenstrahlen direkt zu messen, trennt WD-XRF die Strahlen durch einen Kristallmonochromator nach Wellenlängen auf. Diese Methode erlaubt eine feinere Differenzierung von Elementen mit ähnlicher Strahlungsenergie und liefert exaktere quantitative Ergebnisse. Sie erfordert jedoch komplexere Geräte und ist langsamer als ED-XRF.
Was wird mit der Röntgenfluoreszenzanalyse gemessen?
Mit der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) werden chemische Elemente in einem Material bestimmt und deren Konzentrationen gemessen. Die Methode liefert qualitative und quantitative Informationen über die Elementzusammensetzung. Unter anderem können folgende Materialien und Elemente untersucht werden:

Detektion von Schwermetallen
Gesundheitsgefährdende Schwermetalle wie Blei, Cadmium oder Arsen können mittels RFA in verschiedenen Materialien und Bauteilen, z.B. in elektronischen Geräten, Spielzeug, Konsumgütern und Schmuck bestimmt werden.

Bestimmung des Goldgehalts
Die RFA wird häufig eingesetzt, um den Feingehalt und die Echtheit von Gold (Karatwert) in Edelmetallen und Schmuck schnell und präzise zu bestimmen. Außerdem können Goldbeschichtungen in Elektronikkomponenten wie Leiterplatten, Steckerverbindungen und Kontakten untersucht werden. Dies dient der Qualitätskontrolle und stellt sicher, dass die Beschichtung ausreichend dick, korrosionsbeständig und leitfähig ist.

Analyse von Legierungen
Die RFA kommt zum Einsatz, um die genaue Zusammensetzung von Legierungen zu untersuchen. So können etwa die enthaltenen Metalle und deren prozentuale Anteile z.B. in Stahl oder Bronze präzise bestimmt werden. Diese Information ist entscheidend für die Qualitätskontrolle in der Metallverarbeitung.
Einsatzgebiete der Röntgenfluoreszenzanalyse
Durch ihre zerstörungsfreie Messweise und die hohe Präzision ist die Röntgenfluoreszenzanalyse ein unverzichtbares Werkzeug in zahlreichen Branchen:

Umweltanalytik
Die RFA wird zur Analyse von Bodenproben, Wasserproben und Recyclingfraktionen eingesetzt, um Schwermetalle wie Blei, Cadmium oder Arsen nachzuweisen. Dies ist entscheidend für die Umweltüberwachung und die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften.
Elektronikfertigung
Mit der Röntgenfluoreszenzanalyse können Elektronikbauteile und Leiterplatten auf Verunreinigungen (z.B. Schwermetalle wie Blei, Cadmium und Quecksilber) untersucht und die Dicke von metallischen Beschichtungen (z.B. Gold- oder Nickelschichten) analysiert werden.
Automotive
In der Automobilindustrie kommt die RFA zur Überprüfung der chemischen Zusammensetzung von Metallen, Kunststoffen und Beschichtungen in verschiedenen Bauteilen zum Einsatz. Die Analyse hilft, die Qualität und Eigenschaften von Legierungen zu kontrollieren und trägt somit zur Materialoptimierung und Qualitätssicherung bei.
Kunststoffanalytik
Die RFA wird zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Additiven, Füllstoffen oder Flammschutzmitteln in Kunststoffen und zur Analyse von Beschichtungen auf Kunststoffen eingesetzt. Dies ist wichtig für die Qualitätskontrolle und zur Einhaltung von gesetzlichen Vorgaben.
Röntgenfluoreszenzanalyse kurz zusammengefasst
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA oder XRF) ist eine Methode zur Materialanalyse, bei der ein Material mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Die dabei entstehende Fluoreszenzstrahlung ist charakteristisch für die chemischen Elemente im Material. So können diese identifiziert und deren Mengenverhältnisse bestimmt werden. Sie wird häufig in der Industrie und Forschung eingesetzt, da sie schnell, zerstörungsfrei und präzise ist.
