Wie funktioniert die XRF-Goldanalyse?

Was bedeutet XRF?

XRF ist die Abkürzung des englischen X-ray fluorescence, auf Deutsch Röntgenfluoreszenz. Sie ist ein zerstörungsfreies Analyseverfahren, das bei vielen Materialien wie Metall, Glas, Keramik und Gestein häufig zur Elementanalyse eingesetzt wird.¹² Im Goldhandel ist die Frage einfach: Welche Metalle stecken in diesem Stück, und wie viel von jedem? XRF beantwortet sie, indem es misst, wie die Atome im Stück auf Röntgenstrahlung antworten.

Fluoreszenz im Namen des Verfahrens bedeutet, dass ein Stoff aufgenommene Energie als eine für ihn typische Strahlung wieder abgibt. Bei XRF ist auch diese Strahlung Röntgenstrahlung; erfasst und gezählt wird sie vom Detektor im Gerät.²

Was passiert im Atom?

Trifft die Röntgenstrahlung aus der Röhre des Geräts auf das Stück, schlägt sie einige Elektronen aus den inneren Schalen der Atome (K- und L-Schale) heraus. Ein Elektron aus einer weiter außen liegenden Schale füllt die frei gewordene Stelle. Die bei diesem Übergang frei werdende Energie wird als neue Röntgenstrahlung abgegeben.¹²

Die Energie dieser Strahlung ist für die Atomart, die sie aussendet, charakteristisch. Deshalb lässt sich an ihrer Energie erkennen, von welchem Element sie stammt.¹² Gold strahlt zum Beispiel bei 9,71 keV, Silber bei 22,16 keV.³

Wie werden Karat und Feingehalt berechnet?

XRF-Geräte gibt es in zwei Bauarten, je nachdem, wie sie die Strahlung trennen. Bei energiedispersiven (energy-dispersive) Geräten erfasst der Detektor jeden eintreffenden Strahl und misst zugleich seine Energie; Trennen und Zählen geschehen in einem Schritt.² Die im Detektor entstehende elektrische Ladung ist proportional zur Energie des eintreffenden Strahls; so wird jeder Strahl dem richtigen Energiekanal zugeordnet.²

Bei der anderen Bauart, den wellenlängendispersiven (wavelength-dispersive) Geräten, wird die Strahlung dagegen an einem Kristall durch Beugung getrennt, bevor sie den Detektor erreicht.² Beide Bauarten beruhen auf demselben Prinzip: Jedes Element strahlt mit einer für es typischen Energie, und die Menge dieser Strahlung zeigt den Anteil des Elements.

Die Intensität der Strahlung eines Elements ist proportional zu seiner Menge im Stück. Der genaue Wert dieses Verhältnisses wird durch Vergleich mit Referenzproben bekannter Zusammensetzung bestimmt; das nennt man Kalibrierung.¹² Die Software rechnet die Zählung jedes Elements mithilfe der Kalibrierung in Prozent um. Ist der Goldanteil in Prozent bekannt, ergeben sich Karat und Feingehalt direkt: Sind 750 von 1.000 Teilen Gold, lautet das Ergebnis Feingehalt 750, also 18 Karat.

Grenzen von XRF: Was Juweliere wissen sollten

• Es misst die Oberfläche. Die Fluoreszenzstrahlung stammt größtenteils aus den oberen Schichten des Stücks; bei leichten Elementen sind das nur wenige Mikrometer.² XRF misst die Oberfläche: Bei dünner Vergoldung erscheint das darunterliegende Grundmetall (z. B. Kupfer, Zink) im Ergebnis, und die Vergoldung wird erkennbar. Bei Verdacht auf dicke Vergoldung oder ein gefülltes Stück messen Sie a
• Die Kalibrierung hängt vom Material ab. Eine Kalibrierung gilt nur für einen bestimmten Materialbereich; Zusammensetzung und Struktur des Stücks beeinflussen die Zählung.²
• Sehr leichte Elemente sind schwer zu messen. Elemente, die leichter als Natrium sind, lassen sich oft nur schwer quantitativ bestimmen.² Die in Goldlegierungen gesuchten Metalle (etwa Gold, Silber, Kupfer, Zink) sind deutlich schwerer.

Eine Messung mit dem PURIX X1

Der PURIX X1 ist ein XRF-Goldanalysator als Tischgerät, mit Si-PIN-Detektor. Er misst bis zu 20 Elemente im Gold, ohne das Stück zu beschädigen – kein Schneiden, kein Probierstein, keine Säure.³

FAQ

Alle Werte wurden unter den Prüfbedingungen des Herstellers gemessen und können je nach Form und Oberfläche der Probe abweichen.