DIN 51418-2-2015 X-ray spectrometry - X-ray emission and X-ray fluorescence analysis (XRF) - Part 2 Definitions and basic principles for measurements calibration and evaluation of .pdf

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1、Mrz 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 18DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 71.040.50; 01.040.71!%J“2275739www.din.deDDIN 51

2、418-2Rntgenspektralanalyse Rntgenemissions- und Rntgenfluoreszenz-Analyse (RFA) Teil 2: Begriffe und Grundlagen zur Messung, Kalibrierung undAuswertungX-ray spectrometry X-ray emission and X-ray fluorescence analysis (XRF) Part 2: Definitions and basic principles for measurements, calibration and ev

3、aluation ofresultsSpectromtrie de fluorescence de rayons X Analyse par mission et par fluorescence de rayons X Partie 2: Dfinitions et principes des mesures, talonnages et valuationAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51418-2:1996-09 undDIN 51418-2 Beiblatt 1:20

4、00-04www.beuth.deGesamtumfang 46 SeitenDIN 51418-2:2015-03 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Leistungsfhigkeit der Methode .4 4 Analytik Allgemeines 5 5 Art des zu charakterisierenden Materials 11 6 Probenvorbereitung/Probenprparation in der RFA . 12 7 Prob

5、enarten . 14 8 Auswahl des Messprinzips und Optimierung der Messparameter 20 9 Messdatenaufbereitung, Messdatenverdichtung 24 10 Datenaufbereitung 27 11 Messunsicherheit 35 12 Qualittsberwachung . 38 Anhang A (informativ) Beitrge zur Messunsicherheit . 40 Anhang B (informativ) Zielscheibenmodell 42

6、Literaturhinweise . 43 Stichwortverzeichnis . 45 DIN 51418-2:2015-03 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitskreis Rntgenfluoreszenz-Analyse“ im Arbeitsausschuss NA 062-08-15 AA Grundlagen der analytischen Atomspektroskopie“ in Zusammenarbeit mit dem NA 062-06-12 AA Rntgenfluoreszenz-Analyse“ des

7、 Fachausschuss Mineral- und Brennstoffnormung (FAM) im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) ausgearbeitet. Der Betrieb von Gerten zur Rntgenspektralanalyse mit Anregung durch Rntgenstrahlung unterliegt im Bereich der Bundesrepublik Deutschland den Vorschriften der Verordnung ber den Schutz vor S

8、chden durch Rntgenstrahlung (Rntgenverordnung RV)“ 1. Den besten Strahlenschutz bieten Vollschutzgerte nach Anlage 2 Absatz 3 der RV, die nach 8 der Bauart nach zugelassen sind und die nach 4 Abs. 3 genehmigungsfrei betrieben werden drfen. Der Betrieb von Gerten mit Anregung durch ionisierende Strah

9、lung (jedoch nicht durch Rntgenstrahlung) unterliegt im Bereich der Bundesrepublik Deutschland den Vorschriften der Verordnung ber den Schutz vor Schden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung StrlSchV) 9. Fr die Richtigkeit der in dieser Norm enthaltenen fremdsprachigen Benennungen (i

10、n der Reihenfolge englisch, franzsisch) bernimmt DIN trotz aufgewendeter Sorgfalt keine Gewhr. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren.

11、DIN 51418-2, Rntgenspektralanalyse Rntgenemissions- und Rntgenfluoreszenz-Analyse (RFA), besteht aus den folgenden Teilen: Teil 1: Allgemeine Begriffe und Grundlagen Teil 2: Begriffe und Grundlagen zur Messung, Kalibrierung und Auswertung nderungen Gegenber DIN 51418-2:1996-09 und DIN 51418-2 Beibla

12、tt 1:2000-04 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Norm und Beiblatt in einem Dokument vereint; b) gleichberechtigte Einbeziehung wellenlngendispersiver und energiedispersiver Methoden; c) konsequente Einbeziehung der Messunsicherheit als Qualittskriterium des Analysenergebnisses; d) Bercksichti

13、gung moderner Auswerteverfahren und Vereinfachung des mathematischen Apparates zu deren Darstellung und Beschreibung; e) Einbeziehung neuer technischer Entwicklungen wie z. B. Detektoren und Handspektrometer; f) bersichtliche Strukturierung im Sinne der Herangehensweise an eine vorliegende Analysena

14、ufgabe. Frhere Ausgaben DIN 51418: 1974-10 DIN 51418-2: 1996-09 DIN 51418-2 Beiblatt 1: 2000-04 DIN 51418-2:2015-03 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr die Rntgenfluoreszenz-Analyse (RFA) und legt dafr Begriffe und Grundlagen zur Versuchsplanung und -durchfhrung fest. Diese Norm ist eine Grundl

15、agennorm und keine Prfnorm. Daher werden die Begriffe und Verfahren allgemein fr die gesamte Methode der RFA definiert. Nicht alle hier definierten Begriffe sind fr jede Anwendung in gleichem Mae relevant bzw. zwingend anzuwenden. Die in dieser Norm beschriebenen statistischen Begriffe gelten fr die

16、 Durchfhrung einer einzelnen Analyse. Die Anwendung der statistischen Begriffe wird in bestimmten Normen nach Vergleich- und Wiederholbedingungen jedoch unterschiedlich gehandhabt. Ergnzend zu dieser Grundlagennorm gibt es eine Vielzahl von Prfnormen fr Produktprfungen, an der mehr als ein Labor bet

17、eiligt sein kann. In diesem Fall gelten Vergleichbedingungen. Sie sind z. B. in DIN 32646 2 oder DIN EN ISO 4259 3 definiert und es gelten dafr zum Teil ergnzende Begriffe. Ausgehend von der Leistungsfhigkeit der Methode, der Analysenzielsetzung, der Art des zu analysierenden Materials und der erfor

18、derlichen Przision und Richtigkeit werden Verfahren und Methoden zur Probenprparation, Auswahl des Spektrometertyps, Optimierung von Messparametern, Auswertestrategien und Kalibriermodelle, Ermittlung der Messunsicherheit sowie die Qualittsberwachung betrachtet. Zielgre im Sinne dieser Norm kann sei

19、n: Analytgehalt (Gehaltsdefinition siehe DIN 1310) (Massenanteil, Massenkonzentration, Stoffmengenkonzentration) eines Elements oder einer Komponente bzw. Flchenmasse oder Schichtdicke. ANMERKUNG Die RFA liefert direkt nur Elementinformationen. Die Berechnung von Komponenten (z. B. Oxiden) dient zur

20、 Bercksichtigung nicht gemessener Elemente. Verfahren zur Probenahme und Probenaufbereitung sind nicht Gegenstand dieser Norm. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei d

21、atierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 32645, Chemische Analytik Nachweis-, Erfassungs- und Bestimmungsgrenze unter Wiederholbedingungen Begriffe, Verfa

22、hren, Auswertung DIN 51418-1:2008-08, Rntgenspektralanalyse Rntgenemissions- und Rntgenfluoreszenz-Analyse (RFA) Teil 1: Allgemeine Begriffe und Grundlagen 3 Leistungsfhigkeit der Methode In Abgrenzung zu anderen analytischen Methoden der Elementanalytik hat die Rntgenfluoreszenzanalyse folgende cha

23、rakteristische Merkmale: die Probe kann hinsichtlich ihrer Beschaffenheit kompakt, kleinteilig oder flssig sein; die Probe muss nicht elektrisch leitfhig sein; die Probe wird durch die Rntgenanregung i. d. R. nicht verndert; das begnstigt die langzeitliche Stabilitt der Messsignale; DIN 51418-2:2015

24、-03 5 methodisch erfordert die RFA keine Probenprparation. Dennoch kann Probenprparation u. a. aus folgenden Grnden notwendig sein: Anpassung der Laborprobe an die Gerteerfordernisse; Inhomogenitt der Probe; Reduzierung von Matrixeffekten; Reduzierung von kristallographischen und Korngreneinflssen;

25、die Messung verluft zerstrungsfrei (Messprobe bleibt erhalten). Ausnahmen: langlebige Farbzentren; irreversible thermische oder chemische Vernderungen bei hohen Anregungsleistungen; der Elementebereich umfasst das gesamte Periodensystem mit Ausnahme der leichtesten Elemente (Z = 1 bis Z = 4). Je nac

26、h Typ des Spektrometers kann der Elementebereich jedoch weiter eingeschrnkt sein; hohe Przision mit Wiederholstandardabweichungen bis etwa 0,1 % relativ an Haupt- und Neben-komponenten; einfach interpretierbare linienarme Spektren im Vergleich z. B. zur optischen Emissionsspektrometrie; breiter anal

27、ysierbarer Gehaltsbereich von Analyten (mg/kg bis 100 %) in einem Messvorgang; komplette, physikalisch begrndete, mathematische Modellierung der Wechselwirkungseffekte mglich; die Informationstiefe ist physikalisch determiniert und hat matrix- und linienabhngig eine Grenordnung zwischen Nanometer un

28、d Zentimeter (in Kombination mit der bestrahlten Flche und der Strahlengeometrie auch effektive Probe“ genannt). 4 Analytik Allgemeines 4.1 Analysenzielsetzung (en: objective of the analysis) (fr: but de lanalyse) Beschreibung der Aufgabenstellung hinsichtlich der zu ermittelnden qualitativen und/od

29、er quantitativen Information ber die Zusammensetzung der Probe, der zulssigen Messunsicherheit und gegebenenfalls der rumlichen Analytverteilung in der Probe Anmerkung 1 zum Begriff: In dieser Norm gelten Aussagen zum Analytgehalt in analoger Weise auch fr die Flchenmae und die daraus abgeleitete Gr

30、e Schichtdicke“. Anmerkung 2 zum Begriff: Unter rumlicher Verteilung kann sowohl eine Inhomogenitt der Probe als auch eine Strukturierung der Probe verstanden werden. Anmerkung 3 zum Begriff: Zustzliche Gesichtspunkte knnen sein, dass die Messung am nicht mobilen Untersuchungsobjekt vor Ort stattfin

31、den muss oder dass das Untersuchungsobjekt nicht verndert werden darf. DIN 51418-2:2015-03 6 4.1.1 qualitative Analyse (en: qualitative analysis) (fr: analyse qualitative) Prfung mit dem Ziel, ausschlielich das Vorhandensein von Analyten zu prfen Anmerkung 1 zum Begriff: Hufig wird die Unterscheidun

32、g in Haupt- und Nebenbestandteile auch als qualitative Analyse betrachtet, ist aber im Sinne dieser Norm eher eine quantitative Aussage. 4.1.1.1 qualitative Analyse durch visuelle Beurteilung von Spektren Prfung auf Vorhandensein von Analysenlinien Anmerkung 1 zum Begriff: Vergleich des Probenspektr

33、ums mit Vergleichsspektren (z. B. Leerprobe). 4.1.1.2 qualitative Analyse mit Hilfe statistischer Kriterien Vergleich der Intensitt einer Analytlinie der Analysenprobe mit einem geeigneten kritischen Wert einer Bezugsintensitt Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe DIN ISO 11843-2. Anmerkung 2 zum Begriff:

34、Zur Ermittlung des kritischen Wertes der Bezugsintensitt werden der Mittelwert und die Standardabweichung der Bezugsintensitt bentigt. Diese Kenndaten knnen ermittelt werden durch: a) Intensittsmessung im Energie-/Wellenlngenbereich der Analysenlinie an einer Leerprobe; b) Messung des Untergrundes d

35、er Analysenprobe nahe der entsprechenden Analysenlinie. Anmerkung 3 zum Begriff: Im Allgemeinen werden die Kenndaten durch Mehrfachmessung (Mehrfachprparation) ermittelt. In der Nhe der Nachweisgrenze dominiert i. d. R. der zhlstatistische Beitrag (siehe 11.1.1.1 und Anhang A) die Gesamtmessunsicher

36、heit, so dass diese allein aus der Impulszahl N berechnet werden kann. Anmerkung 4 zum Begriff: Das Vorhandensein des Analyten ist nachgewiesen, wenn die Intensitt von dessen Analysenlinie grer ist als der kritische Wert der Bezugsintensitt. Anmerkung 5 zum Begriff: Zur Berechnung des kritischen Wer

37、tes der Bezugsintensitt wird hufig deren 2-fache oder 3-fache Standardabweichung verwendet (siehe DIN 32645 und 2). 4.1.1.2.1 Nachweisgrenze (en: limit of decision, lowest limit of detection (LLD) (fr: limite de dcision) Entscheidungsgrenze fr das Feststellen eines Analyten nach erfolgter Analyse (j

38、a/nein-Entscheidung), ausgedrckt als Gehalt Anmerkung 1 zum Begriff: Rechnerisch ergibt sich die Nachweisgrenze durch Umrechnung aus dem kritischen Wert der Bezugsintensitt mit Hilfe der aktuellen Kalibrierfunktion (siehe DIN ISO 11843-2). DIN 32645 fordert eine gesonderte Kalibrierung in der Nhe de

39、r Nachweisgrenze. Diese kann beim Fehlen dafr geeigneter Kalibrierproben auch durch die aktuelle Kalibrierfunktion oder durch eine Zweipunkt-Kalibrierung ersetzt werden. Anmerkung 2 zum Begriff: Die Nachweisgrenze hngt ab von den Parametern des Analysenverfahrens, dem Analysengert und der Matrix. An

40、merkung 3 zum Begriff: Bei einem Analytgehalt, der dem der Nachweisgrenze entspricht, kann der Analyt in nur 50 % der Flle als vorhanden festgestellt werden, unabhngig davon, welche Kriterien zur Ermittlung des kritischen Wertes der Bezugsintensitt verwendet wurden. Anmerkung 4 zum Begriff: Nur wenn

41、 das Analysenergebnis oberhalb der Nachweisgrenze liegt, gilt der Analyt als nachgewiesen. Anmerkung 5 zum Begriff: Die Nachweisgrenze kann fr den Vergleich der Nachweisstrke verschiedener Analysenverfahren und verschiedener Analysenmethoden verwendet werden. Anmerkung 6 zum Begriff: Nachweisgrenzen

42、 sind stets Vielfache von Standardabweichungen und insofern mit einer groen Unsicherheit behaftet. DIN 51418-2:2015-03 7 4.1.1.2.2 Erfassungsgrenze (en: limit of detection (LOD) (fr: limite de dtection) Gehalt, bei dem das Vorhandensein des Analyten mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit, die gre

43、r als 50 % ist, festgestellt werden kann Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe DIN ISO 11843-2. Anmerkung 2 zum Begriff: Die vorgegebene Wahrscheinlichkeit (Vertrauensniveau) wird blicherweise mit 95 % angenommen. Anmerkung 3 zum Begriff: Die Erfassungsgrenze bezieht sich auf die Ergebnisse nachgewiesen“ u

44、nd nicht nachgewiesen“ und dient nicht der Quantifizierung. Anmerkung 4 zum Begriff: Fr Gehalte an der Erfassungsgrenze ist der Analyt mit der o. g. Wahrscheinlichkeit nachweisbar. Anmerkung 5 zum Begriff: Die Erfassungsgrenze wird genutzt, um a priori“ ein Verfahren auszuwhlen, mit dem ein definier

45、ter Mindestgehalt des Analyten nachgewiesen werden kann ohne ihn zu quantifizieren (z. B. Grenzwertberwachung). Anmerkung 6 zum Begriff: In der Praxis wird die Erfassungsgrenze mit mindestens dem Doppelten der Nachweisgrenze abgeschtzt, sofern beide auf dem gleichen Vertrauensniveau ermittelt werden

46、. 4.1.2 quantitative Analyse (en: quantitative analysis) (fr: analyse quantitative) Bestimmung von Analytgehalt oder Flchenmasse Anmerkung 1 zum Begriff: Die Angabe des Analytgehaltes als Gehalt einer Komponente (Oxid oder andere Verbindung) beruht auf Kenntnissen oder Annahmen, in welcher Verbindun

47、g der Analyt vorliegt. Anmerkung 2 zum Begriff: Kennzeichnende Begriffe fr die Qualitt des Ergebnisses einer quantitativen Analyse sind Przision und Richtigkeit. 4.1.2.1 Statistische Kenngren 4.1.2.1.1 Bezugswert fr die Ermittlung der Richtigkeit bester bekannter Nherungswert fr den tatschlichen Ana

48、lytgehalt einer Kontrollprobe Anmerkung 1 zum Begriff: Da bei der experimentellen Ermittlung des Bezugswertes unter realen Bedingungen sowohl Streuungen als auch systematische Abweichungen bei den Messwerten auftreten, ist der Bezugswert ebenfalls mit einer Unsicherheit behaftet. Anmerkung 2 zum Beg

49、riff: Der Bezugswert (z. B. Mittelwert aus Ringversuchsergebnissen) ist der beste bekannte Nherungswert fr den tatschlichen Analytgehalt (wahrer Wert“, siehe DIN 32632-1). Anmerkung 3 zum Begriff: In anderen Normen werden anstelle des Begriffs Bezugswert“ hnliche Begriffe wie richtiger Wert“ (DIN 55350-13, DIN 1319-1