Come funziona l’analisi XRF dell’oro?

Che cosa significa XRF?

XRF è l’acronimo dell’inglese X-ray fluorescence, cioè fluorescenza a raggi X. È una tecnica di analisi non distruttiva, molto diffusa per l’analisi elementare di numerosi materiali come metalli, vetro, ceramica e rocce.¹² In oreficeria la domanda è semplice: quali metalli ci sono in questo pezzo e quanto di ciascuno? L’XRF risponde misurando come gli atomi del pezzo reagiscono ai raggi X.

La fluorescenza che dà il nome al metodo indica che una sostanza restituisce l’energia ricevuta sotto forma di un raggio caratteristico. Nell’XRF anche questo raggio è un raggio X; a catturarlo e contarlo è il rivelatore all’interno dello strumento.²

Che cosa succede dentro l’atomo?

Quando i raggi X emessi dal tubo dello strumento colpiscono il pezzo, strappano alcuni elettroni dai gusci interni degli atomi (livelli K e L). Il posto lasciato libero viene occupato da un elettrone di un guscio più esterno. L’energia liberata in questa transizione viene emessa come un nuovo raggio X.¹²

L’energia di questo raggio è caratteristica del tipo di atomo che lo emette. Per questo, osservandone l’energia, è possibile capire da quale elemento proviene.¹² Ad esempio, l’oro emette a 9,71 keV, l’argento a 22,16 keV.³

Come si calcolano carati e millesimi?

Gli strumenti XRF sono di due tipi, a seconda di come separano i raggi. Negli strumenti a dispersione di energia (energy-dispersive) il rivelatore cattura ogni raggio in arrivo e ne misura anche l’energia; separazione e conteggio avvengono in un’unica operazione.² La carica elettrica generata nel rivelatore è proporzionale all’energia del raggio in arrivo; così ogni raggio viene registrato nel giusto canale di energia.²

Nell’altro tipo, gli strumenti a dispersione di lunghezza d’onda (wavelength-dispersive), i raggi vengono invece separati per diffrazione su un cristallo prima di raggiungere il rivelatore.² Entrambi i tipi si basano sullo stesso principio: ogni elemento emette a una propria energia caratteristica e la quantità di questi raggi indica la quota dell’elemento.

L’intensità dei raggi provenienti da un elemento è proporzionale alla quantità di quell’elemento nel pezzo. Il valore esatto di questa proporzione si ricava dal confronto con campioni di riferimento di composizione nota; questo si chiama calibrazione.¹² Il software converte il conteggio di ogni elemento in percentuale tramite la calibrazione. Nota la percentuale d’oro, carati e millesimi si calcolano direttamente: se 750 parti su 1.000 sono oro, il risultato è 750 millesimi, cioè 18 carati.

I limiti dell’XRF: che cosa deve sapere l’orafo

• Misura la superficie. I raggi di fluorescenza provengono in gran parte dagli strati superiori del pezzo; per gli elementi leggeri si tratta di pochi micrometri.² L’XRF misura la superficie: con una placcatura sottile, il metallo di base sottostante (es. rame, zinco) compare nel risultato e la placcatura diventa evidente. Se sospetta una placcatura spessa o un pezzo riempito, misuri in più pu
• La calibrazione dipende dal materiale. Una calibrazione vale soltanto per un determinato intervallo di materiali; la composizione e la struttura del pezzo influiscono sul conteggio.²
• Gli elementi molto leggeri sono difficili da misurare. Misurare quantitativamente gli elementi più leggeri del sodio è spesso difficile.² I metalli ricercati nelle leghe d’oro (come oro, argento, rame e zinco) sono molto più pesanti.

Una misura con PURIX X1

PURIX X1 è un analizzatore XRF da banco per oro con rivelatore Si-PIN. Misura fino a 20 elementi presenti nell’oro senza danneggiare il pezzo: niente tagli, niente pietra di paragone, niente acidi.³

Domande frequenti

Tutti i valori sono misurati nelle condizioni di prova del produttore e possono variare in base alla forma e alla superficie del campione.