Utilização da Fluorescência de Raios X por Dispersão de Energia e Reflexão

Total na Pesquisa Agropecuária

Orientado: Eduardo de Almeida

Orientador: Virgílio Franco do Nascimento Filho

Elementos essenciais

Funções:

- Eletrólitos

- Componente estrutural

- Função catalítica

co-fator enzimático (estabilização e excitação) ou

constituintes da própria enzima (metaloenzimas)

2/3 de todas as enzimas necessitam de elementos

traços

- Técnicas exatas e precisas.- Baixo custo.- Limites de detecção, dentro do exigido para sistemas biológicos.- Técnicas multielementares, devido a interdepêndencia entre os elementos químicos.

Interdepêndencia entre 30 elementos em mamíferos: a linha AB indica que a administração de A pode reduzir a toxidez induzida por B, ou baixos

níveis de A pode aumentar a toxidez de B.

Desta maneira, torna-se de grande importância:

Histórico

- descoberta do raios X, em 1895, por W. C. Roentgen.

- H. G. J. Moseley , em 1913, estabeleceu a base da fluo- rescência de raios X (XRF).

- surgimento do primeiro espectrômetro de raios X na metade da década de 40.

- em 1923, o fenômeno da reflexão total de raios X foi descrito por A. H. Compton.

- Yoneda e Horiuchi, em1971, descobriu a vantagem da aplicação da reflexão total sobre a XRF convencional.

Representação da fluorescência de raios X

Fonte de excitação

Excitação

6 8 10 120

2000

4000

6000

8000

Fe K

Cu

K

Se K

Cu

K

Zn

K

Fe K

Mn

K

Ti K

Con

tage

ns

Energia (keV)

Amostra

Detector

Emissão

I = C.S.A

Diagrama de níveis de energia

Parâmetros fundamentais

EDXRF e WDXRF

Resolução de detectores

Fontes radioativas disponíveis no laboratório e utilizadasna excitação na análise por fluorescência de raios X

Radioisótopo Meia-vida(anos) Tipo dedecaimento (*) Energia (keV) %

55Fe 2,7 CE 6 (RX K do Mn) 28,5

238Pu 86,4 12-17 (RX L do U) 13,0

109Cd 1,27 CE 22 (RX K do Ag) 107,0 88 (raio ) 4,0

241Am 428 60 (raio ) 36,0 14-21(RX L do Np) 37,0

(*) CE: captura eletrônica : decaimento por partícula

Sistema de excitação por fonte radioativa

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

5

10

15

20

25

30

ZnCu

Fe

Ca

K

Fígado (SRM 1577b) Leite (IAEA-153)

tax

a de

con

tag

em (

cpm

)

Energia (keV)

Pu-239 / 2000s

Sistema dispersivo em energia

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

100

200

300

400

500

ZnCu

Fe

Ca

K

Fígado (SRM 1577b) Leite (IAEA-153)

taxa

de

cont

agem

(cp

m)

Energia (keV)

Mo(Zr) / 200s

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0

5

10

15

20

25

30

35

Mo (Zr) Mo (Ni) Mo (Ni)/He

Sen

sibi

lidad

e (c

ps/g

/cm

2 )

Número atômico (Z)

Excitação em ar e em He

14 16 18 20 22 24 26 28

20

40

60

80

Raz

ão d

e in

tens

idad

esH

e /

ar a

tmos

féric

o

número atômico

Razão de intesidades He / ar atmosférico

Módulo da TXRF

Torre de raios X e módulo de TXRF

Módulo de TXRF

Ângulo crítico

Ângulo de reflexão total

E

E

E Reflexão total

Refração

E= 17,4 keV (Ka Mo)

crit crit

crit = 6,4 min (quartzo)

Amostras analisadas

homogeneizado de peixe (fish homogenated IAEA-MA-A-2),

Copepod (IAEA-MA-A-1),

sangue animal (animal blood IAEA-13),

feno em pó (hay powder IAEA-V-10),

leite em pó (milk powder IAEA-153),

farinha de centeio (rye flour IAEA-V-8), e

também não certificadas de músculo, rim e fígado liofilizados.

y = 0,6904xR2 = 0,9956

y = 0,3417xR2 = 0,9956

y = 0,1777xR2 = 0,9876

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 1 2 3 4 5

Concentração (g ml-1)

Inte

ns

idad

e r

ela

tiva

Ni

Mn

V

Curva analítica

y = 0,1011x - 2,1514R2 = 0,9976

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

22 24 26 28 30 32 34

Número atômico

Se

nsi

bil

ida

de

re

lati

va

Sensibilidade versus número atômico

Preparação das amostras

Digestão via úmida

- 500 mg da amostra (tubo de ensaio / bloco digestor)- 6 ml de HNO3 (65%)- aquecimento por 3 h a 130 oC- adição de H2O2 (30 %) gota a gota até a solução tornar-se incolor- aferido a 10 ml.

Digestão via seca

- 500 mg da amostra (cadinho de porcelana)- aquecimento gradual até 500 oC (100 oC/hora)- incineração a 500 oC por 24 h- retomado em 2 ml de HNO3 (65 %)- aferido a 10 ml.

Preparação de amostras

5 10 15 20 250

100

200

300

400

500

600

Ag (colimador)

Mo KMo K'

Ga

FeArSi

taxa

de

cont

agem

(cp

m)

Energia (keV)

branco - via úmida

5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

Ag (colimador)

Mo KMo K'Fe

Ga

ArSi

taxa

de

cont

agem

(cp

m)

Energia (keV)

branco - via seca

Fígado - via úmida

/txrf edu50

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

250

500

750

1000

1250

P

Mo K'

Mo K

Ag (colimador)

Rb

Ga

Zn

CuFe

K

S

taxa

de

cont

agem

(cp

m)

Energia (keV)

Copepod - via úmida

Edu39

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

250

500

750

1000

1250

1500

Mo K'

Mo K

Ca

Ag (colimador)

Sr

Br

K

S

Se

Ga

Zn

Fe

taxa

de

cont

agem

(cp

m)

Energia (keV)

Quantificação (padrão interno) e limite de detecção

GaGa

ii

Ga

i

CS

CS

I

I Definindo Si’= Si//SGa tem-se:

'iGa

Gaii SI

CIC Definindo Ri=Ii CGa/Iga. tem-se:

'i

ii S

RC

iGa

Gai

SI

C

t

BGILD

)(3

Elemento Via seca Via úmida Valor certif icadoConcentração Limite de confiança Concentração Limite de confiança Concentração Limite de confiança

Mn nd nd nd nd - -Fe 1834,4 1695,3 – 1973,6 1962,3 1752,4 – 2172,3 2400 2200 – 2500Cu 7,9 3,2 - 12,7 3,9 3,7 - 4,2 4,3 3,7 – 4,8Zn 12,2 8,6 – 15,9 10,9 10,5 – 11,4 13 12 – 14

Sangue animal (IAEA-13)

Feno em pó (IAEA - V-10)

Elemento Via seca Via úmida Valor certif icadoConcentração Limite de confiança Concentração Limite de confiança Concentração Limite de confiança

Mn 51 45,4 – 56,6 49,1 42,5 - 55,7 47 32 – 52Fe 189,7 151,7 – 227,8 168,7 158,5 –178,9 185 177 – 190Cu 11,4 9,9 – 12,9 2,3 0,4 - 4,2 9,4 8,8 - 9,7Zn 19,4 10,7 – 28,1 16,8 14,3 – 19,3 24 21 – 27

Elemento feno sangue músculo centeio

Via úmida Via seca Via úmida Via seca Via úmida Via seca Via úmida Via seca

Mn 4,0 4,4 1,6 2,4 2,2 1,6 1.0 1.4

Fe 2,6 3,0 1,0 1,8 1,4 1,0 0.6 0.9

Cu 1,2 1,6 0,6 1,0 0,8 0,6 0.4 0.5

Zn 1,0 1,0 0,6 0,8 0,6 0,4 0.3 0.4

Limites de detecção (g g-1)

80000 100000 120000 140000 16000050

55

60

65

70

75

8080000 100000 120000 140000 160000

50

55

60

65

70

75

80

regressão linear

Y = A + BX

Parâmetr os ValoresA 24,7159B 3,2837E-4

R = 0,95452

% d

e F

e no

aç

o

Intensidade60000 70000 80000 90000 100000 110000

50

55

60

65

70

75

80

60000 70000 80000 90000 100000 110000

50

55

60

65

70

75

80

regress ão linear

Y = A + BX

Parâmetros ValoresA 12,7806B 6,16661E-4

R = 0,99998

Regressão múltipla (Fe')

% d

e Fe

no

aço

Intensidade

Regressão linear e múltipla

CFe = A + B*IFe

Regressão linear Regressão múltipla

Determinação de Fe, Cr e Ni e amostras padrões de aço inoxidável (Pu-238 / 200s)

Klockenkämper, R. - Total-Reflection X-Ray Fluorescence Analysis