RFA/XRF-Analyse – Röntgenfluoreszenzanalyse
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), international als X-Ray Fluorescence (XRF) bezeichnet, ist ein zerstörungsfreies Verfahren zur quantitativen Elementanalyse von Werkstoffen. Mobile XRF-Analysatoren haben sich als unverzichtbares Werkzeug für die Positive Material Identification (PMI) und die schnelle Legierungsklassifikation vor Ort etabliert.
Physikalisches Prinzip
Primäre Röntgenstrahlung aus einer Röntgenröhre (typisch mit Rh-, Ag- oder Au-Anode) oder einem radioaktiven Isotop (historisch, heute selten) trifft auf die Probenoberfläche. Die Energie der Primärstrahlung ist hoch genug, um Elektronen aus den inneren Schalen (K- und L-Schalen) der Probenatome herauszuschlagen. Beim Wiederauffüllen dieser Elektronenlücken durch äußere Elektronen wird charakteristische Röntgenfluoreszenzstrahlung emittiert, deren Energie elementspezifisch ist. Ein energiedispersiver Detektor (SDD – Silicon Drift Detector) misst das Energiespektrum, und eine Software berechnet daraus die Elementkonzentrationen.
Mobile XRF-Analysatoren (Handgeräte)
Moderne Handheld-XRF-Geräte (z. B. Olympus Vanta, Bruker S1 Titan, Thermo Fisher Niton) wiegen 1–2 kg und liefern Ergebnisse innerhalb von 1–30 Sekunden. Sie sind für folgende Anwendungen optimiert:
- Legierungsidentifikation und Klassifikation (PMI)
- Qualitätskontrolle von Eingangsware (Schrottanalyse)
- Überprüfung von Komponenten in der Prozessindustrie
- Umweltanalytik (Schwermetalle in Böden, Farben)
Messbare Elemente und Einschränkungen
XRF eignet sich hervorragend für Elemente ab Magnesium (Mg, Z=12) aufwärts. Leichte Elemente wie Kohlenstoff (C), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) können mit Standard-XRF nicht gemessen werden – ein kritischer Unterschied zur OES-Analyse. Dies bedeutet, dass XRF keinen Kohlenstoffgehalt bestimmt und daher nicht zwischen unlegierten Stählen verschiedener Festigkeitsklassen unterscheiden kann, wenn sich diese nur im C-Gehalt unterscheiden.
Strahlenschutz und Sicherheit
XRF-Geräte erzeugen ionisierende Strahlung. In Deutschland unterliegen sie der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV 2018). Der Betrieb erfordert eine Betriebsgenehmigung, die Unterweisung der Anwender und den Einsatz geeigneter Strahlenschutzmaßnahmen. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch (Messpunkt vom Körper weg gerichtet) ist die Exposition des Anwenders gering.
Normen
XRF-PMI ist in API RP 578 (Petroleum Industry) sowie ASTM E1476 und E2465 beschrieben. Die Methode ist für alle gängigen Stahl-, Aluminium-, Nickel-, Titan- und Kupferlegierungen in Referenzdatenbanken hinterlegt.