03 Dic Espectrómetro FRX de sobremesa de alto rendimiento EPSILON 3X
PANalytical Epsilon 3X: aplicaciones EDXRF en alimentos y petróleo
El Epsilon 3X es un espectrómetro de energía dispersiva compacto de mesada para análisis no destructivos de elementos desde Na hasta Am en una variedad de presentaciones de muestras, incluyendo sólidos, líquidos, polvos comprimidos y dispersos, barros y filtros.
El sistema determina las muestras de acero anilladas más comunes y muestras grandes que no pueden ser alojadas en el portamuestra. Viene precalibrado de fábrica para Pd, Rh, Ru, Pt e Ir en polvos de celulosa preparada como polvo disperso. El sistema está equipado con un tubo de RX con ánodo de plata, con una capacidad de excitación de 50 kV y una potencia máxima de 5 W, e incluye un detector de corrimiento de silicio (SDD) de alta resolución, 6 filtros seleccionables por software y una protección por derrame.
Fácil de operar, confiable y altamente flexible, es ideal para una amplia gama de industrias y aplicaciones: producción de cemento, minería, beneficio mineral, hierro, acero y metales no ferrosos, petróleo y petroquímicos, polímeros, producción de vidrio, medicina forense, farmacéuticos, salud, medio ambiente, RoHS, alimentos y cosméticos.
A continuación podrá verificar la versatilidad del Epsilon 3X en las siguientes seis notas de aplicación.
Análisis del contenido mineral en leche en polvo
Este artículo describe las capacidades del Epsilon 3X, espectrómetro de mesa EDXRF, para el análisis de P, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu y Zn en leche en polvo.
Aplicación
La sencilla preparación de la muestra y la medición rápida y simultánea de los elementos convierten a la técnica XRF en un método analítico de interés para la industria de alimentos, permitiendo el análisis cerca de la línea de producción.
Instrumentación
Se realizaron mediciones utilizando el espectrómetro PANalytical EDXRF Epsilon 3X, equipado con ánodo de plata de 50 kV, un tubo de rayos X, 6 filtros de haz de luz, unidad de purga de helio, detector de deriva de silicio de alta resolución, dispositivo de giro de muestras e intercambiador de muestras extraíble de 10 posiciones.
Preparación de la muestra
Se prepararon pellets prensados utilizando 6,5 g de leche en polvo comprimida a 2–3 toneladas con una matriz de acero inoxidable endurecido.
Procedimiento de medición
Se emplearon patrones secundarios de leche en polvo que incluyeron P, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu y Zn para realizar la calibración. Se utilizaron cuatro condiciones diferentes de medición, cada una de las cuales optimizó la excitación de un grupo de elementos (Tabla 1). Los análisis se llevaron a cabo en atmósfera de helio o aire y el tiempo total de medición fue de 10 minutos por muestra. Las Figuras 1 y 2 muestran los espectros para las condiciones de medición <P-Cl> y <Ni-Mo>, respectivamente.
Tabla 1. Condiciones de medición.
Figura 1. Espectro obtenido empleando la condición <P-Cl> para P y Cl en leche en polvo. Figura 2. Espectro obtenido empleando la condición <Ni-Mo> para Mn y Fe en leche en polvo.
Resultados de calibración
Las Figuras 3 y 4 muestran los gráficos de calibración para Ca y Mn en leche en polvo, aplicando las condiciones descriptas en la Tabla 1. Nótese la concentración muy baja de Mn (µg/100g) en el gráfico de calibración (Figura 4). Los gráficos muestran una buena correlación entre las concentraciones químicas y las intensidades medidas. La Tabla 2 resume los datos de calibración para las muestras de leche en polvo.
Figura 3. Gráfico de calibración para Ca en pellets prensados. Figura 4. Gráfico de calibración para Mn en pellets prensados.
Tabla 2. Detalles de calibración (* RMS: las calibraciones más precisas presentan los valores de RMS más bajos).
Precisión
A fin de evaluar la repetibilidad, se midió una muestra prensada dos veces al día durante seis días. La Tabla 3 presenta la concentración promedio, el valor de RMS (desvío estándar de 1 sigma) y el RMS relativo de las mediciones repetidas de todos los elementos. Los resultados de la mayoría de los elementos muestran una excelente precisión. Los altos valores de RMS para Mn y Cu se deben principalmente a las bajas concentraciones de la muestra.
Tabla 3. Resultados de la prueba de repetibilidad de la muestra de leche en polvo preparada como pellets prensados.
Conclusión
Los datos presentados muestran con claridad que el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X resulta apto para el análisis de una amplia gama de minerales en leche en polvo, con un tiempo de análisis de solo 10 minutos. La combinación de la excelente resolución del detector, su alta sensibilidad y el potente software de deconvolución contribuyen a la precisión y exactitud de los resultados.
Determinación del contenido de azufre en petróleo crudo según la norma ISO 8754
El análisis del contenido de azufre en petróleo crudo y combustibles es un requisito esencial para el control de calidad, el cumplimiento de regulaciones ambientales y el control de efectos nocivos en el rendimiento del motor. Este artículo describe el análisis de azufre mayor a 0,10 wt% en petróleo crudo según la norma ISO 8754, utilizando el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X.
Instrumentación
Se realizaron mediciones con el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X, equipado con un tubo de ánodo de plata de 50 kV, 6 filtros, una unidad de purga de helio, un detector de deriva de silicio (SDD) de alta resolución, un dispositivo de giro y un cambiador de muestras extraíble de 10 posiciones.
Preparación de patrones
Se utilizaron patrones de azufre en petróleo crudo comercializados por PANalytical en cooperación con VHG Labs para calibrar la determinación de azufre en productos de petróleo. Se colocaron 7,5 g de cada patrón en una celda con 15 ml de solución líquida compuesta por una lámina Mylar de 3,6 µm, seleccionada por su robustez para trabajo con gasolina y diésel.
Condiciones de medición
La Tabla 1 muestra las condiciones de medición de azufre en petróleo crudo. Todos los análisis se realizaron en aire y el tiempo total de recuento por muestra fue de 150 segundos. La Figura 1 ilustra el espectro XRF de 8 patrones con concentraciones de azufre de 0,10 a 5 wt%.
Resultados de calibración
La Figura 2 muestra el gráfico de calibración para azufre en petróleo crudo, con buena correlación entre las concentraciones certificadas y las intensidades medidas. La Tabla 2 describe el coeficiente de correlación y la media cuadrática (RMS).
Tabla 1. Condiciones de medición.
Figura 1. Espectro de diversas concentraciones de azufre en aceite blanco. Figura 2. Gráfico de calibración para azufre en petróleo crudo.
Tabla 2. Resultados de calibración. * RMS (media cuadrática) es una indicación de la calidad de la regresión. Las calibraciones más precisas poseen valores RMS menores.
Tabla 3. Resultados de la prueba de repetibilidad.
Precisión
La correcta precisión es una característica inherente del espectrómetro Epsilon 3X. El requisito de repetibilidad establecido en la norma ISO 8754 indica que los resultados de prueba obtenidos por el mismo operador con el mismo aparato bajo condiciones constantes no deberían exceder los límites determinados en más de un caso de veinte.
El límite del método especificado en ISO 8754 se deriva con la siguiente ecuación: Repetibilidad (r) = 0,0215 (x + 0,15), donde x es el promedio de los resultados comparables de contenido de azufre.
A fin de probar la precisión del instrumento, se midió una muestra de azufre (0,21 wt%) en petróleo blanco 20 veces de forma consecutiva, utilizando un recipiente nuevo para cada medición.
Figura 3. Mediciones de repetibilidad al preparar y medir 0,21 wt% de azufre en muestras de petróleo blanco según la norma ISO 8754. Las líneas punteadas indican la precisión del método.
Resultados
Los resultados de la prueba de repetibilidad para azufre, incluida la mayor diferencia entre dos mediciones y la máxima diferencia permitida según ISO 8754, se ilustran en la Tabla 3. La Figura 3 muestra la diferencia permitida entre dos mediciones y el alto grado de precisión alcanzado. El Epsilon 3X cumple fácilmente los criterios de repetibilidad a 0,21 wt% de azufre, incluso sin utilizar helio, demostrando capacidad para cumplir con futuras normas de azufre más estrictas.
Conclusión
Los resultados prueban que el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X es capaz de analizar azufre según la norma ISO 8754. La alta resolución y sensibilidad del detector, junto con el potente software, contribuyen a la exactitud y precisión de los resultados. Debido a su versatilidad, el Epsilon 3X también resulta apto para azufre en biocombustibles y aditivos en aceites lubricantes.
Identificación de tipos de poliolefinas con software FingerPrint
Simplificando el análisis sofisticado con Epsilon 3XLE
Este artículo describe el módulo de software FingerPrint del Epsilon 3, que utiliza análisis de componentes principales (ACP) y análisis de conglomerados para distinguir tipos y grados de polietileno (PE) y polipropileno (PP). Esto resulta útil para determinar si los polímeros provienen de los mismos productores o de distintos, favoreciendo la aceptación de reclamaciones. El análisis elemental XRF puede realizarse junto con el ACP, permitiendo efectuar dos análisis en simultáneo.
Preparación de la muestra
Seis tipos distintos de granulados de poliolefinas (Tabla 2) se prensaron al calor en discos sólidos de 40 mm de diámetro y 2 mm de espesor. Se enjuagaron con agua desionizada, se secaron con papel de laboratorio y se cargaron en el equipo Epsilon 3XLE.
Instrumentación
Se realizaron las mediciones con el espectrómetro PANalytical EDXRF Epsilon 3XLE, equipado con un tubo de ánodo de Ag de 50 kV, 6 filtros, unidad de purga de helio, detector de deriva de silicio SDD Ultra de alta resolución, dispositivo de giro de muestras y bandeja de muestras extraíble de 10 posiciones.
Preparación del método
Se creó una aplicación con condiciones optimizadas para los elementos (Tabla 1), aplicando los parámetros recomendados por el módulo FingerPrint.
Creación de la biblioteca
La opción FingerPrint permite el desarrollo de una biblioteca a medida. En este estudio se utilizaron distintos tipos de poliolefinas para confeccionar la biblioteca. No se requirieron concentraciones elementales ni deconvolución o interpretación espectral: simplemente se cargaron y midieron todas las muestras durante 3 minutos.
Tabla 1. Condiciones de medición.
El software FingerPrint
El software FingerPrint emplea un sofisticado algoritmo estadístico que examina el espectro completo, incluyendo características que habitualmente no se interpretan en XRF, como forma de picos y perfiles de fondo. De forma predeterminada, aplica ACP identificando las características más importantes del espectro y permitiendo la clasificación de tipos de materiales, de manera completamente automatizada y sin necesidad de interpretación experta.
Resultados
Se utilizaron seis tipos de poliolefinas como material de referencia para elaborar la biblioteca. Se analizaron discos de los mismos materiales como muestras desconocidas: el software FingerPrint identificó correctamente todas las muestras. El valor Chi2 del siguiente candidato fue lo suficientemente grande para confirmar la coincidencia correcta (Tabla 2). La Figura 1 muestra un ejemplo de cómo se visualiza una coincidencia correcta.
Figura 1. Informe de resultados. Figura 2. ACP y análisis de conglomerados para la visualización de distintos tipos de poliolefinas.
Tabla 2. Resultados de las coincidencias utilizando FingerPrint con ACP.
Análisis de conglomerados
El análisis de conglomerados incorporado en el módulo FingerPrint ofrece una visualización sencilla de los resultados. En este caso, se midieron discos iguales de diferentes tipos de poliolefinas (Figura 2).
Conclusión
Los resultados demuestran que el Epsilon 3XLE, en combinación con el software FingerPrint, es capaz de identificar distintos tipos de poliolefinas utilizando ACP y análisis de conglomerados. FingerPrint brinda claras ventajas para el control de calidad y la aceptación o rechazo de reclamaciones, y permite la combinación de ACP y análisis elemental en un único método.
Análisis de elementos mayores y menores en muestras de bauxita preparadas como esferas fundidas
A fin de realizar el correcto control de calidad de la bauxita como materia prima, deben analizarse la concentración de aluminio y también las de silicio (Si), hierro (Fe) y titanio (Ti). Este artículo describe el análisis de elementos mayores y menores en bauxita preparada como esferas fundidas, utilizando el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X junto con la máquina de fusión Eagon 2.
Preparación de la muestra
Las calibraciones se prepararon utilizando siete materiales de referencia certificados (MRC) en duplicados como esferas fundidas. Los MRC incluyen NIST (696b, 600, 696, 697) y GBW (07177, 07181, 07182). Las esferas fundidas se prepararon con un coeficiente flujo/muestra de 1/10 (50% Li2B4O7/50% LiBO2). Las fusiones se realizaron a 1150°C empleando la máquina de fusión automática PANalytical Eagon 2.
Instrumentación
Se hicieron mediciones con el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X, equipado con un tubo de ánodo de plata de 50 kV, 6 filtros, una unidad de purga de helio, un detector de deriva de silicio (SDD) de alta resolución, una unidad de giro y un cambiador de muestras extraíble de 10 posiciones.
Condiciones de medición
La Tabla 1 muestra las condiciones de medición utilizadas para Al2O3, CaO, Cr2O3, Fe2O3, K2O, MgO, MnO, P2O5, SO3, SiO2, TiO2 y ZnO en las muestras preparadas. El tiempo total de medición por muestra fue de 4 minutos. La Figura 1 ilustra el espectro para Al2O3 y SiO2 de los siete patrones diferentes.
Tabla 1. Condiciones de medición.
Resultados de calibración
Las Figuras 2, 3 y 4 muestran los gráficos de calibración para Al2O3, Fe2O3 y TiO2 en bauxita fundida, probando la buena correlación entre las concentraciones certificadas y las intensidades medidas. La Tabla 2 enumera la media cuadrática (RMS) de las calibraciones individuales. Los valores LLD se calculan mediante los tiempos de medición documentados en la Tabla 1.
Figura 1. Espectro del patrón NIST 6968 obtenido con 5 kV en helio, mostrando la excelente resolución y alta sensibilidad del detector. Figura 2. Gráfico de calibración de Al2O3 en bauxita.
Figura 3. Gráfico de calibración para Fe2O3 en bauxita. Figura 4. Gráfico de calibración de TiO2 en bauxita.
Tabla 2. Resultados de calibración. * RMS (media cuadrática) es una indicación de la calidad de la regresión. Las calibraciones más precisas poseen valores RMS menores.
Resultados de repetibilidad
Se realizó una prueba de repetibilidad midiendo veinte veces el patrón NIST 698 a fin de evaluar la precisión del Epsilon 3X. La Tabla 3 muestra los resultados, que reflejan consistencia entre las concentraciones certificadas y las medidas promedio. Los bajos valores RMS reflejan la buena estabilidad del sistema.
Tabla 3. Resultados de la prueba de repetibilidad.
Conclusión
Este trabajo evidencia la capacidad del espectrómetro EDXRF Epsilon 3X para el análisis cuantitativo de Al2O3, CaO, Cr2O3, Fe2O3, K2O, MgO, MnO, P2O5, SO3, SiO2, TiO2, ZnO y ZrO2 en bauxita preparada como esferas fundidas, con resultados exactos y precisos en solo 4 minutos.
Análisis de bajo contenido de silicio, azufre y cloro en productos de petróleo y combustibles
El análisis de silicio, azufre y cloro en productos de petróleo y combustibles para automóviles es esencial para establecer regulaciones ambientales y controlar efectos nocivos en el rendimiento del motor. Este artículo describe el análisis de niveles bajos de Si, S y Cl en productos petroquímicos y combustibles para automóviles mediante el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X.
Instrumentación y software
Se realizaron las mediciones utilizando el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X, equipado con un tubo de rayos X de ánodo de plata de 50 kV, 6 filtros, una unidad de purga de helio, un detector de deriva de silicio de alta resolución, una unidad de giro y un cambiador extraíble de 10 posiciones. El tubo propietario de ánodo de plata evita la superposición de líneas, logrando un menor límite de detección del cloro en comparación con los tubos de ánodo de rodio o paladio.
Preparación de la muestra
Se utilizaron patrones de diésel de VHG Labs Inc. (EE.UU.) para la calibración de Si, S y Cl. Se colocaron alícuotas de 7,5 g en una celda líquida compuesta por una lámina de Mylar® de 2,5 µm en el cambiador de muestras.
Condiciones de medición
Se emplearon dos condiciones de medición para el análisis de bajo nivel de Si, S y Cl, con un tiempo total de medición de 20 minutos por muestra (Tabla 1).
Tabla 1. Condiciones de medición.
Figura 1. Espectro de 100 mg/kg de cloro en combustible diésel, mostrando la excelente resolución entre las líneas Kα de cloro y Lα de plata. Figura 2. Gráfico de calibración de cloro en diésel medido por duplicado.
La alta sensibilidad del Epsilon 3X queda ilustrada en los valores RMS de las calibraciones y en los bajos límites de detección (LDB) para los tres elementos en combustible diésel (Tabla 2).
Tabla 2. Resultados de calibración y límites de detección. * RMS (media cuadrática) es una indicación de la calidad de la regresión. Las calibraciones más precisas poseen valores RMS menores.
Repetibilidad del método
A fin de evaluar la repetibilidad del método se midió 20 veces una muestra que incluyó los tres elementos, utilizando alícuotas frescas y recipientes nuevos para cada una de las 20 réplicas. La concentración promedio y los valores RMS (1 sigma) se observan en la Tabla 3. El método se validó comparando la concentración promedio con la concentración certificada.
Tabla 3. Resultados de la prueba de repetibilidad.
Conclusión
Los resultados evidencian que el espectrómetro EDXRF Epsilon 3X analiza bajo contenido de Si, S y Cl en sustancias petroquímicas y combustibles de automóviles, en conformidad con exigentes métodos de prueba internacionales. La combinación del tubo de ánodo de plata, la excelente resolución del detector, la alta sensibilidad y el potente software contribuye a la exactitud y repetibilidad de los resultados.
Identificación del desgaste del motor con FingerPrint
Simplificando el análisis sofisticado
Este artículo muestra la capacidad del espectrómetro EDXRF Epsilon 3X para identificar pequeñas diferencias en aceites lubricantes. La técnica FingerPrint puede emplearse para identificar desgaste mecánico en aceites lubricantes y para determinar todo tipo de materiales: líquidos, polvos y sólidos. El software FingerPrint está disponible para la gama de espectrómetros XRF Epsilon 3X y Epsilon 3.
Detalles de la aplicación
Al analizar aceites lubricantes, es común asociar los coeficientes de composición y concentración de los elementos de desgaste con las piezas críticas de la máquina. Durante su uso, los aceites pueden experimentar cambios como oxidación y reducción en la longitud de la cadena de hidrocarburos. Estos cambios se hacen evidentes en el espectro EDXRF, pero habitualmente no se los detecta con técnicas XRF tradicionales. El abordaje estadístico de FingerPrint es capaz de diferenciar rápidamente entre todas estas propiedades del aceite y, como técnica simultánea para detectar todos los elementos desde Na hasta Am, resulta ideal para el rápido análisis elemental.
Instrumentación
El instrumento utilizado contó con un tubo de ánodo de rodio, un generador de 50 kV y 1 mA, 6 filtros, una unidad de purga de helio para elementos más livianos que el titanio, un detector de deriva de silicio de alta resolución, un dispositivo de giro y un cambiador de muestras extraíble de 10 posiciones.
Preparación de la muestra
Se pesaron aproximadamente 5 g de cada muestra de aceite en recipientes desechables P1, fabricados con lámina Mylar® para rayos X de 3,6 micrones. El tiempo de preparación total fue menor a 2 minutos por muestra.
Desarrollo del método
Las condiciones óptimas de FingerPrint se lograron a partir de la funcionalidad estándar Optimize Conditions. El tiempo de medición fue de 3 minutos por análisis.
Creación de la biblioteca
Se utilizaron 7 patrones certificados de aceite lubricante para conformar la biblioteca. Cada patrón recibió un nombre asociado a su correspondiente problema en la máquina (por ejemplo: aceite contaminado, problema del motor). No se necesitaron concentraciones elementales ni interpretaciones del espectro: simplemente se cargaron y midieron todos los materiales.
Robustez de la técnica
A fin de investigar la robustez del método, se alternaron diversos parámetros, incluidos el tiempo de medición, la composición y el peso de la muestra.
Resultados
La identificación de los posibles candidatos se informa de manera inmediata cuando los valores Chi2 son menores a 3. En este ejemplo, el patrón denominado aceite contaminado fue medido como muestra desconocida. El módulo FingerPrint identificó solo un aceite lubricante de la biblioteca, el único material con un valor Chi2 menor a 3 (Tabla 1), demostrando la capacidad de distinción del software FingerPrint con Epsilon 3X.
Figura 1. Selección de los espectros de aceite.
Biblioteca de espectros de aceite lubricante
Mediante la función de visualización de espectro es posible observar el espectro de la muestra y del material de calibración. La Figura 1 muestra una selección de espectros de aceite.
Variaciones en el tiempo de aplicación
El cambio en el tiempo de aplicación tuvo un efecto mínimo en la capacidad de identificación de FingerPrint, demostrado por la gran diferencia entre el puntaje Chi2 del candidato confirmado y el más próximo (Tabla 2).
Vista ampliada de la lista de candidatos y los puntajes Chi2 asociados.
Variaciones en la composición
A fin de demostrar la influencia de variaciones en la composición, se diluyó el patrón denominado problema del motor con petróleo blanco. En todos los casos, ese patrón fue el primer candidato (Tabla 3), confirmando la robustez de la técnica FingerPrint incluso después de una dilución del 40%.
Tabla 2. El efecto del tiempo de aplicación en los puntajes Chi2.
Variaciones en el peso de la muestra
La masa del patrón denominado sospecha de aceite de motor varió de 5 a 1 g. La Tabla 4 describe el Chi2 y el próximo candidato.
Tabla 3. Puntajes Chi2 para diferentes diluciones.
Tabla 4. Puntajes Chi2 para diferentes pesos de muestra.
Los resultados prueban que la funcionalidad de balanza incorporada del software FingerPrint puede ajustarse a reducciones significativas en el peso de la muestra sin afectar el rendimiento.
Repetibilidad
El patrón denominado problema del motor se midió 254 veces como desconocido con los ajustes predeterminados. En cada instancia, la técnica identificó correctamente al patrón desconocido como problema del motor (Tabla 5).
Tabla 5. Repetibilidad de los puntajes Chi2.
Conclusión
El presente documento demuestra con claridad que el Epsilon 3X puede emplearse para una identificación rápida y reproducible de aceites lubricantes usados y no usados. Los resultados demostraron que la excelente capacidad de distinción es relativamente insensible a las variaciones en el tiempo de medición, la dilución y el peso de la muestra. El software FingerPrint es una herramienta efectiva para los programas de mantenimiento preventivo y es fácil de operar.
¿Necesitás cotizar espectrómetro? Buscá proveedores:
Cotizá sin cargo→