XRF

OBS Remissversion - texterna är fortfarande under bearbetning och ska enbart ses som utkast. Finns det direkta fel? Hittar du enkelt det du vill, dvs är strukturen bra? Finns det ord/begrepp som behöver förklaras? Vi tar tacksamt emot förslag på ändringar/tillägg via e-post till This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. Texterna kommer kontinuerligt att uppdateras och revideras och layouten förbättras. 

Tillämpning

Ett XRF-instrument (röntgenfluorescensinstrument) identifierar och kvantifierar innehållet av grundämnen (främst metaller) i ett material. Vid miljötekniska undersökningar används handhållna XRF-instrumentet främst för bestämning av metallinnehåll i prover av jord, sediment, avfall och byggnadsmaterial. Det finns en internationell standard som beskriver förfarandet med handhållen XRF vid miljöundersökningar: ISO 13196:2013 (1).  Exempel på projekt som lämpar sig väl för undersökningar med XRF är efterbehandlingsentreprenader av metallförorenad jord för att t.ex under pågående entreprenad avgränsa ett förorenat område och säkerställa att åtgärdsmålen uppnås.

Realtidsmätningar med XRF kan genomföras antingen på preparerade eller opreparerade materialprover. Preparering av proverna innebär att materialet torkas, siktas och/eller homogeniseras innan mätningen utförs. Instrumentet anger resultatet i procent och inte i halt, och för de ämnen där metallen är inbunden i andra molekyler så behöver halten räknas ut genom molekylvikten.  

Vid mätningar på opreparerade prover görs mätningarna ofta direkt på markytan alternativt på uttagna prover i provkärl eller plastpåsar. Mätningar kan även genomföras på halvfasta eller flytande prover. Proverna ska då placeras i en provkopp täckt med en film som inte absorberar röntgen-strålning. 

 Vid miljötekniska markundersökningar är ett vanligt tillvägagångssätt att uttagna jordprover torkas och homogeniseras manuellt i en diffusionstät plastpåse inför mätning. Vid ofullständig homogeniseringen kan enskilda heterogeniteter i proverna leda till feltolkningar av ämnesinnehållet i materialet.  Då röntgenstrålarna från ett XRF-instrument endast träffar en yta på mindre än 0,5 cm2 och analyserar ner till ett djup av några få millimeter av ett materialprov är det lämpligt att utföra flera XRF-mätningar på ett och samma prov och på olika delar av provets yta. Ett vanligt förfarande är att minst tre XRF-mätningar utförs på det homogeniserade provet varefter ett medelvärde av dessa tre mätningar beräknas. Vid stor variation av halt i de olika mätningarna kan det vara lämpligt med fler mätningar.

Vid XRF-mätning direkt på framgrävd markyta bör en skyddande plastfilm läggas ut mellan instrumentet och jordskiktet. Det är viktigt att inte nyttja metallhaltigt material som riskerar att påverka resultatet som t.ex. metallfolie, glasskiva eller liknande. Vid mätning på framgrävd markyta bör minst tre mätningar/avläsningar utföras i en och samma mätpunkt varefter ett medelvärde beräknas.

Både vid mätning på torkade och homogeniserade påsprover och vid direktmätning på markyta bör XRF-mätningarna kontrolleras mot verifierande laboratorieanalyser. (2)(3)

  Bild t.h. läggs till senare: XRF-mätning på torkat påsprov

Figur 1.  Bild t.v. XRF-mätning på framgrävd markyta för snabb bestämning av metallhalt i samband med en saneringsentreprenad. Bild t.h. Mätning på jordprov som torkats och homogeniserats i plastpåse före mätning.

 

Tekniska principer

Ett XRF-instrument identifierar och kvantifierar innehållet av grundämnen i ett material genom den fluorescens som återemitteras efter bestrålning av materialet med röntgenstrålar. Varje grundämne genererar ett unikt fluorescensspektrum vid röntgenbestrålning, vilket möjliggör både identifiering och kvantifiering av materialets metallinnehåll. Resultaten från en XRF-mätning presenteras i realtid i form av koncentrationsangivelser eller i diagramform på en digital display.

Ett XRF-instrument avger röntgenstrålning vilka ger upphov till jonisering av atomerna i det be-strålade materialet. Atomkärnan omges av ett antal elektronskal vilka kontinuerligt cirkulerar kring atomkärnan, se figur 2. Vid jonisering kastas elektroner ut från något av de inre elektronskalen i atomen. Elektroner från något av de yttre skalen kommer att ta de utkastade elektronernas plats. När en elektron förflyttas från något av de yttre elektronskalen till något av de inre frigörs energi i form av fotoner som emitteras från atomkärnan. Emissionen av fotoner från grundämnet benämns fluorescens. Fluorescensen, som är unik för varje grundämne, detekteras av XRF-instrumentet.

Figur 2: Principen bakom XRF-mätning (figuren ovan är temporär/ny figur görs)

Fluorescensen kan antingen detekteras baserat på de återemitterade fotonernas energi eller på de ingående våglängderna i ett fluorescensspektrum. Vid detektion baserat på återemitterad energi används en så kallad energidispersiv XRF, där det återemitterade energiinnehållet bestäms med en halvledardetektor. (4

Utvärdering av resultat

Vid tolkning av XRF-resultat bör hänsyn tas till att instrumentet anger resultatet i procent och inte i halt, och för de ämnen där metallen är inbunden i andra molekyler så behöver halten räknas ut genom molekylvikten.  Tolkningen av XRF-resultaten bör alltid göras mot bakgrund av XRF-instrumentets noggrannhet och vilka ämnen som analyseras. Analysresultaten från XRF-mätningarna behöver kompletteras med laboratorieanalyser. Resultaten från XRF-mätningarna kan sedan korreleras mot laboratorieresultaten för att bedöma kvaliteten på mätresultaten Antalet analyser som behöver göras med XRF respektive analyseras på laboratorium bör baseras på variationen i halter i proven och vilken osäkerhet som kan accepteras i projektet (se kapitel om kvalitetssäkring (länk).

Flera faktorer kan påverka resultatet vid en XRF-mätning. Exempel på sådana faktorer är materialets fukthalt, organisk halt och kornstorlekssammansättning. Även detektorns upplösning kan påverka mätresultaten. Energinivån i fluorescensen från vissa grund-ämnen ligger nära varandra. Om energiskillnaden mellan grundämnena är mindre än detektorns upplösning kommer flera spektra överlappa varandra och detektorn kan inte skilja ämnena åt (4). Till exempel kan höga halter av vanadin störa mätning av krom och höga halter av järn påverka mätning av kobolt. Även spektra för bly och arsenik överlappar varandra vilket kan leda till att halterna av dessa ämnen över- eller underskattas i enskilda prover. Interferenseffekter kan på vissa instrument korrigeras med hjälp av XRF-instrumentets programvara, men måste ändå beaktas eftersom interferenseffekter kan ge ökad analysosäkerhet och därmed förhöjda detektionsgränser.

Kvalitetskritiska faktorer

Resultaten från XRF-mätningarna mätningarna bör kompletteras med laboratorieanalyser. En uppfattning om de förekommande föroreningarna på platsen är nödvändig för att avgöra om instrumentet fungerar för de aktuella ämnena. Koncentrationen av undersökta ämnen kan underskattas om provmatrisen i sig absorberar återemitterade fotoner. Koncentrationen av ett specifikt ämne kan även överskattas, till exempel om den fluorescerande strålningen från ett ämne exciterar andra ämnen. Problem kan även uppstå om energinivån i fluorescensen mellan olika ämnen ligger så nära varandra att de ”överlappar” varandra och skapar interferens. Antalet delanalyser och analystid måste anpassas efter valt instrument, aktuella ämnen och de halter som behöver fastställas. Bristfälligt homogeniserade prover ger ofta upphov till över- eller underskattningar av uppmätta metallhalter.  Eftersom resultaten från mätningarna påverkas av jordartsförhållanden, innehåll av organiskt material och fukthalt bör dessa parametrar vara kända då XRF-mätningarna utförs.

För- och nackdelar 

Fördelar:

  • XRF-instrumentet väger lite och är lätt att ta med i fält
  • Kort analystid
  • Förorenade massor kan klassificeras direkt i fält
  • Möjligt att analysera även svårextraherade metaller (tex glasavfall)

Nackdelar:

  • XRF-instrumentet kan både underskatta och överskatta verkliga metallhalter i materialprov
  • Kan snabbt ge stora mängder analysdata vilket kräver programvara för datahantering/bearbetning. Bedömningsgrunderna för förorenade områden baseras ofta på mg/TS, men XRF-instrument anger den totala andelen per grundämne.

 

Att tänka på inför XRF-mätning

Inför en mätinsats med XRF-instrument är det viktigt att bl.a. ställa sig följande frågor för att mätinsatsen ska kunna optimeras:

− Vilka metaller eller ämnen ska mätas och vilken detektionsgräns respektive analysosäkerhet behövs för respektive metall? Med detektionsgräns avses den lägsta möjliga detekterbara metallhalten och med analysosäkerhet avses den procentuella avvikelsen mellan det faktiska och det av instrumentet uppvisade mätvärdet.

− Finns det behov av att utföra en XRF-screening på ett bredare urval av metallelement och vilka metaller bör i så fall ingå?

− Vilka osäkerhetsfaktorer kan föreligga i det aktuella fallet och hur ska dessa osäkerhetsfaktorer hanteras? Hög organisk halt liksom hög fukthalt kan riskera att störa analysförfarandet. Detta kan göra att det i vissa fall finns anledning att torka jordproverna före XRF-mätning (hög fukthalt) eller att avstå från XRF-mätning (hög organisk halt).  

För urval av prover och hur proverna ska jämföras se även kapitlen om Provtagningsstrategier (länk).

Referenser/lästips

 

  • USEPA. (2016). The Contaminated Site Clean-Up Information (CLU-IN) Web Site. https://clu-in.org. USEPA
  • SGI. (2008). Bättre markundersökningar. Delprojekt 1 - In situ-metoder för undersökningar av förorenad mark Statens geotekniska institut. ISSN:1100-6692.
  • SGF. (2013): Fälthandbok - Undersökningar av förorenade områden. Rapport 2:2013. ISSN: 1103-7237.
  • Brouwer, P, 2010: Theory of XRF. Getting acquainted with the principles. PANalytical BV. www.panalytical.com.

Bilderna (både fotot och exciteringsbilden) känns ganska onödiga just för XRF och tillför inte så mkt i förståelsen.

Tillämpningsområde känns ganska snävt det är väl knappast bara i entreprenader XRF funkar bra, avsökning av större ytligt metallförorenade områden dvs avgränsning och förberedelse för annan provtagning liksom i alla triadundersökningar?

Provbearbetning är väl ganska så viktig för bra resultat, kan förstärkas liksom att en måste ha koll på förekomstformer och störämnen.

Kommentaren från mötet om att det ska stå hur det ska göras inte hur det görs. Exempel: Ett vanligt förfarande är att … näst sista meningen i fjärde stycket på första sidan.

Borde kanske stå att utbildning krävs pga att det är en strålkälla?