Técnicas de análise com feixes iônicos

As técnicas de análise com feixes iônicos são utilizadas para determinar os elementos constituintes de uma amostra. Para tanto, o objeto a ser analisado é usado como um alvo para um feixe de partículas aceleradas. As interações das partículas do feixe com os átomos ou os núcleos do material alvo podem induzir a emissão de raios X (no caso dos átomos) ou raios gama (no caso dos núcleos), que possuem uma energia característica do átomo ou núcleo emissor. As partículas do feixe com o material alvo também podem ser espalhadas, e a energia e ângulo de espalhamento também são dependentes da composição elementar do material utilizado como alvo. As análises com feixes iônicos também podem ser realizadas em ar, através da extração do feixe de partículas para a atmosfera após passar por uma janela muito fina, que separa o ambiente em vácuo necessário para a produção do feixe de partículas do ambiente externo. Deste modo, o objeto a ser analisado pode ser mantido em seu ambiente "natural", evitando assim a necessidade da retirada de amostras

A produção do feixe de partículas é realizada no Laboratório de Materiais e Feixes Iônicos da Universidade de São Paulo, e as técnicas utilizadas para a análise de materiais históricos e artísticos disponíveis são:
 



Vantagens e limitações das técnicas de análise com feixes iônicos


Vantagens:

  • São técnicas não destrutivas para a maioria dos materiais com a exceção (se não se tomar as devidas precauções) de compostos orgânicos sensíveis ao calor ou à radiação ionizante.
  • Permitem a identificação de diversos elementos, incluindo elementos leves como Li, B, F, Na, Mg, e até mesmo para o hidrogênio.
  • Análise quantitativa com uma precisão melhor do que 5%;
  • As técnicas de análise RBS, PIXE e PIGE são complementares e podem ser realizadas simultaneamente.
  • Podem ser utilizadas para medidas em ar, (feixe extraído) e, assim, diretamente sobre os objetos do museu, não necessitando de amostras.

Limitações:

  • A análise é estritamente elementar, e não há informações sobre o estado químico dos elementos.
  • É limitada a medidas apenas na superfície do material (de 10 a 20 microns ou menos) e, portanto, pode não ser representativa da composição interna em caso de alteração da superfície.



Referências

Bird J.R., R.A Brown, D.D. Cohen and J.S. Williams, " Ion Beams for Material Analysis ", eds J.R. Bird and J.S. Williams, Academic Press, Sidney, 1989.
Tesmer J.R., M. Nastasi, " Handbook of modern ion beam analysis ", Material Research Society, Pittsburg, 1995.
Chu W.-K., J.W. Mayer, M.A. Nicolet, " Backscattering Spectrometry ", Academic Press, Boston, 1978.
S. A. E. Johansson, J. L. Campbell, "PIXE, A Novel Technique for Elemental Analysis", John Wiley and Sons, 1988.
Johansson S.A.E, J.L. Campbell, K.G. Malmqvist, " Particle induced X-ray Emission Spectrometry (PIXE) ", John Wiley and Sons, New York, 1995.
Dran J.-C., Calligaro T., Salomon J., "Particle induced X-ray Emission" in Modern Analytical Methods in Art and Achaeology, eds Ciliberto and Spoto, Vol 155 in Chemical analysis, John Wiley, New York, 2000.