XRF


X Ray Fluorescence 

Illuminando sostanze non radioattive con una sorgente radioattiva si eccitano gli elettroni dei loro atomi che poi decadono emettono raggi X di energie caratteristiche. Ad esempio, nell’immagine di cui sopra, relativa all’analisi di argento dorato, sono state rilevate le energie caratteristiche dell’argento (guscio elettronico K ) e dell’ oro (guscio elettronico L).

Con questa tecnica è possibile distinguere molti materiali, tra cui l’argento, e anche vedere attraverso la placcatura, quale sia il materiale di base.

Con l’energia che forniamo si colpiscono con maggiore probabilità gli elettroni del primo guscio (K), quello più interno (a minore energia). Il vuoto deve essere colmato necessariamente (per le leggi della meccanica quantistica) da un altro elettrone, proveniente da un guscio più esterno e quindi dotato di maggior energia. L’energia in eccesso viene emessa sotto forma di fotoni dotati di un’energia caratteristica che dipende dall’elemento e dal guscio elettronico interessato. Il guscio elettronico interessato dipende a sua volta dall’energia che forniamo noi. Usando l’Americio (59 keV). possiamo esaminare solo sostanze aventi energie di legame, nel guscio K, inferiori a circa 50 keV – per i metalli con energie di legame più elevate siamo in grado di esaminare il secondo guscio, denominato L, e tramite questo possiamo analizzare anche gli elementi di maggior numero atomico, come l’oro.


Documentazione sulle tecniche XRF

Questo documento spiega in quattro pagine tutto quello che serve sapere sulle tecniche XRF. Il documento contiene anche tavole di riferimento sulle energie degli elementi più importanti per queste analisi. Tutti dovrebbero scaricarlo e tenerlo a portata di mano.
XrayFluorescence_ITA
XrayFluorescence_ENG

Chi volesse fare correzioni e traduzioni in altre lingue può scaricare questo file compresso che contiene gli originali in formato ODT (Open Office): XrayFluorescence_ODT_Files


Ricerche XRF

Molti ricercatori sono attivi nelle ricerche XRF e sono già disponibili linee guida per costruire sensori semplici ed efficienti.

I consigli per ridurre al minimo il rumore del PmtAdapter
http://pico.dreamhosters.com/ThereminoPmtAdapter.html

I link più interessanti:
http://pico.dreamhosters.com/XrfSpectrums.html
http://pico.dreamhosters.com/XrfSpectrumsPartTwo.html
http://pico.dreamhosters.com/XrfFluteSpectrums.html
http://pico.dreamhosters.com/ThereminoMcaSpectrums.html

Nel seguente file PDF si vede una ottima realizzazione di sonda per basse energie. La qualità della sonda è ottima, in tempi brevissimi di soli 120 secondi, fornisce righe precise ed evidenti. Oltre alla costruzione della sonda il file mostra le righe di molti materiali tra cui Zinco, Rame, Argento, Oro, Oro bianco, Nickel, Acciaio al carbonio e Placcatura sottile di oro.  Sonda per basse energie.pdf  (file pubblicato da Mario Mueller Della Morte sul forum Gamma Spectrometry in questo messaggio_12740)


Ricerche su oggetti antichi

Questo file: Test_Sr90_Am241 mostra parte delle ricerche del nostro collaboratore. Si tratta di una comparazione tra illuminatore Am-241 e Sr-90. I migliori risultati sono stati ottenuti con 4 uCurie di Americio disposto in 4 bottoni tutto intorno a un anello di piombo schermante che impedisce ai raggi gamma dell’Americio di colpire direttamente il cristallo scintillatore.

Questo secondo file: Tibetan_InkPot_And_Container mostra i test su alcuni oggetti tibetani. Sono risultati netti e precisi. E’ ormai dimostrato che con l’Americio si possono fare analisi di precisione in tempi brevissimi.

Questa immagine mostra un filtro per infusioni di erbe acquistato in Russia, in un negozio per stranieri, ai tempi di Gorbaciov. Era stato venduto come argento dorato – l’analisi XRF mostra che il commesso aveva detto la verità. In questa immagine l’illuminatore è il disco di plastica verde contenente Sr-90.

In questo documento una comparazione di due oggetti apparentemente simili, che l’XRF ha distinto nettamente.

E in questo ChineeseFruits una nuova interessante ricerca. Un test sulla possibilità di rivelare la presenza di arsenico nei pigmenti di antichi oggetti ceramici.

Infine questo XRF_Additional_Notes si concentra sulle differenze di risultato che si ottengono usando come illuminatore lo Sr-90 oppure l’Am-241.

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  1. Luigi says:

    Per suscitare la fluorescenza a raggi X vengono normalmente utilizzati svariati isotopi, in funzione degli elementi che si desiderano individuare.
    L’ Am-241 rappresenta uno dei più versatili, potendo suscitare la fluorescenza X dal rame fino al tulio (emissione dal guscio K) e dal tungsteno fino all’uranio (emissione dal guscio L).
    Per gli elementi più leggeri si puo’ utilizzare del Fe-55, con il quale si suscita la fluorescenza X dallo zolfo al cromo (gusci K) e dal molibdeno al bario (guscio L).
    Vengono anche utilizzati Cd-109, Sr-90, Cm-244.
    Il Curio è utilizzato dal Rover inviato su Marte per determinare la composizione mineralogica della superficie del pianeta.
    Una breve spiegazione della tecnica usata si può trovare qui:
    http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/instruments/spectrometers/apxs/

  2. Luigi says:

    Mediante la XRF è possibile non solo determinare i componenti di una lega metallica, ma anche effettuare un’analisi quantitativa della stessa.
    La quantità di raggi X emessi dalla sostanza in esame dipende dalla concentrazione della stessa nel campione e quindi l’ampiezza dei diversi picchi è proporzionale alla quantità dei singoli elementi presenti nella lega.
    In pratica si misura l’area sottesa dai singoli picchi (corretta per tener conto della differenza di efficienza della sonda alla differenti energie considerate) che risulta direttamente proporzionale alla quantità dell’elemento che emette i raggi X a quella energia.
    Per l’esame sono necessari solo pochi minuti, dopo di che si può determinare che, ad esempio, un oggetto di bronzo è composto, sempre a titolo di esempio, dal 60% di rame e dal 40% di stagno.

  3. Giacomo says:

    Non riesco a capire come collegare un CCD lineare al sistema theremino c’è della documentazione a riguardo?

    • Livio says:

      Il sistema theremino comunica con l’hardware, tramite i PIN, che si trovano sui moduli Master e Slave. E poi attraverso gli Slot, che sono le caselle di comunicazione con il software.

      I PIN sono programmabili con circa venticinque tipi di InOut “precotti”, i quali sono TUTTI di tipo analogico, o per lo meno rappresentabili con un singolo valore numerico.

      Per controllare e leggere un CCD, si devono scambiare dati digitali, scrivere e leggere registri e seguire particolari protocolli, diversi da un modello all’altro. E non è possibile far passare segnali di questo tipo attraverso i PIN e gli SLOT.

      Questo non vuol dire che non si potrebbe usare un CCD, e farlo interagire con le nostre applicazioni. Ma che lo si dovrebbe fare passando da altre strade, ad esempio l’USB, esattamente come si fa con le webcam.

      Noi non abbiamo sviluppato niente sull’argomento ma in rete si trovano molti esempi per leggere facilmente i CCD dei mouse (e simili).

    • Livio says:

      Se aggiungi qualche particolare su quello che vuoi realizzare e la sigla del CCD, potremo darti qualche consiglio migliore o suggerirti alternative.

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      A quanto pare questo tipo di sensori si legge meglio in seriale che in USB. Per cui potresti partire da una delle nostre applicazioni, che usano la seriale e modificarla per il particolare protocollo del tuo sensore.

      Alcune applicazione adatte (con le funzioni per la seriale) sono queste:
      http://www.theremino.com/downloads/automation#balancereader
      http://www.theremino.com/downloads/radioactivity#bridge

      Un boun esempio che spiega come leggere un sensore CCD:
      http://www.bidouille.org/hack/mousecam

      Un altro esempio:
      http://spritesmods.com/?art=mouseeye

      In molti di questi progetti usano un Arduino ma in realtà non serve a niente, si può usare direttamente la seriale del PC (RS232). Oppure, se il PC non ha la seriale, esistono comodissimi adattatori da USB a seriale, che sono più economici, piccoli e comodi di un Arduino. E che funzionano subito, mentre nell’Arduino si dovrebbe scrivere un firmware apposito.

      • Giacomo says:

        Grazie Livo, mi sono informato nel frattempo volevo cominciare con un CCD lineare TCD1304AP per farmi uno spettrometro UV-VIS-NIR, e imparare a controllare i CCD. Perché ho visto un post su un theremino spectrometer ma in realtà non viene utilizzato il theremino ma una semplice webcam.

        Il mio obiettivo era quello di, una volta imparate le basi, anche passare ad altre sensori array più complicati: volevo farmi una termocamera.

        Ne ho già implementata una usando il modulo della FLIR Lepton http://www.flir.com/cores/content/?id=66257 e un Arduino ma questo secondo me non è l’ideale perché non riesco a comunicare abbastanza velocemente con il computer, sto quindi utilizzando un Raspberry Pi per acquisire le immagini dalla termocamera ma la cosa ideale sarebbe di collegarla direttamente al computer e per questo volevo utilizzare un theremino. Il problema è che penso che theremino non supporti bene il protocollo I2C e quindi forse dovrò restare con il Raspberry.

        • Livio says:

          Per usare l’i2c dovresti riprogrammare il firmware del Theremino Master. Quindi ti consiglio di continuare con il Raspberry.

          Dovrai lo stesso programmare la comunicazione I2c, ma lo hai già fatto e quindi sai come fare. Invece per programmare il Master dovresti familiarizzarti con il firmware dei PIC e con tecniche difficili e poco intuitive.

          Ma la soluzione migliore è la seguente:

          Usare un qualunque Tablet con Windows 10 (a partire da 50 Euro) o MiniPC come i Meegopad T2 con Windows 10 (ottimi e costano solo 87 euro). Questi PC costano appena poco più di un Raspberry ma valgono molto di più. Consumano più o meno la stessa corrente, ma sono 100 volte più potenti, sono quadcore, hanno Ram e HardDisk a volontà, hanno il WiFi, il Bluetooth, la scheda audio, il controllo di carica delle batterie, etc..

          Poi, per collegare dispositivi I2C, potresti usare un qualunque adattatore da USB a I2C. Se ne trovano vari modelli su eBay, a partire da pochi euro.

          E infine potresti programmare comodamente in VbNet, CSharp, CPP o qualunque altro linguaggio comodo ad alto livello e comunicare con tutto il resto del sistema Theremino attraverso gli Slot.

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