Une comparaison de XRF et XRD

La diffraction des rayons X (DRX) est une technique analytique puissante utilisée pour étudier la structure cristalline des matériaux. Lorsque des rayons X sont dirigés vers un matériau cristallin, ils sont diffractés par des plans de réseau, provenant de l'agencement périodique des atomes au sein du réseau cristallin, selon la loi de Bragg. Ces plans de réseau produisent des pics ou des réflexions distincts qui se caractérisent par leur position (angle 2θ), leur intensité et leur forme, pour finalement produire un motif de diffraction ou un diffractogramme. Le motif de diffraction produit peut être analysé pour déterminer la structure cristalline du matériau, composition de phase, et la cristallinité.

Bien que les XRF et XRD utilisent des rayons X, leurs principes, résultats et applications diffèrent considérablement. Ci-dessous se trouve une comparaison côte à côte des principales différences entre XRF et XRD :

Mis à part les différences, les deux techniques partagent certaines similitudes entre elles comme énuméré ci-dessous :

• Non-destructif: La DRX est une technique non-destructive, ce qui signifie que l'échantillon reste intact après l'analyse.
• Utilisation des rayons X: Les deux méthodes reposent sur l'interaction des rayons X avec l'échantillon pour recueillir des informations.
• Polyvalent: Les deux techniques sont largement utilisées dans diverses industries, y compris la science des matériaux, la géologie et la surveillance environnementale.
• Analyse qualitative et quantitative : Les deux techniques fournissent des informations qualitatives et quantitatives lors de l'analyse.

1. Analyse élémentaire rapide: XRF fournit des résultats rapides pour déterminer la présence et la concentration des éléments, ce qui en fait un outil idéal pour des applications à grande échelle et à haut débit.
2. Haute précision: À condition que les méthodes de calibration utilisées pour l'analyse soient adaptées à l'objectif, la fluorescence X (XRF) fournira des données quantitatives précises sur la composition élémentaire.
3. Matériaux amorphes et cristallins: XRF peut analyser à la fois des matériaux amorphes et cristallins, ce qui le rend plus flexible pour les matériaux qui n'ont pas de structure cristalline bien définie.
4. Solutions portables: Les analyseurs XRF portables permettent des tests sur le terrain, ce qui est utile dans les applications minières, de construction et environnementales où une analyse sur site est nécessaire.
5. Préparation minimale de l'échantillon: Pour les XRF portables, peu ou pas de préparation d'échantillon est nécessaire, ce qui le rend idéal pour analyser des artefacts inestimables ou des matériaux de récupération pour le recyclage.
6. Large gamme de CRM: Les matériaux de référence certifiés (CRM) sont largement utilisés et disponibles dans une gamme d'industries et de matrices. Cela garantit que les laboratoires peuvent trouver des matériaux de référence qui correspondent étroitement à leurs échantillons.

1. Informations sur la structure cristalline: La diffraction des rayons X fournit des informations détaillées sur l'agencement des atomes dans les matériaux cristallins, permettant aux chercheurs de déterminer la phase et la structure du matériau.
2. Identification de phase: La DRX peut identifier différentes phases cristallines dans un échantillon, ce qui est essentiel pour étudier des matériaux qui peuvent contenir plusieurs phases (par exemple, quartz, muscovite), tels que des alliages, des minéraux ou des céramiques.
3. Polymorphisme: XRD est capable de distinguer entre différents polymorphes d'un matériau ayant la même composition chimique.
4. Détermination du paramètre de réseau: La DRX permet la mesure des dimensions de la cellule unitaire et peut détecter des changements subtils dans la structure cristalline, tels que la contrainte du réseau ou des défauts.
5. Analyse de la cristallinité et de la texture: La DRX est largement utilisée pour évaluer le degré de cristallinité et l'orientation préférée (texture) des matériaux, qui sont des propriétés importantes en science des matériaux et en ingénierie.
6. Analyse structurelle approfondie: La DRX peut être utilisée pour une analyse structurelle plus sophistiquée, y compris le raffinement de Rietveld, qui fournit des informations sur les paramètres de réseau, les positions atomiques dans un cristal, la taille des cristallites et la texture.
7. Bases de données de données de diffraction: Des versions gratuites et payantes de données de diffraction compilées dans des bases de données couvrant un large éventail de domaines d'application sont disponibles.

Applications –XRF

La fluorescence X (XRF) est couramment utilisée dans des secteurs tels que l'exploitation minière, la surveillance environnementale, la métallurgie et le contrôle de la qualité pour une analyse élémentaire rapide.

• Exploitation minière et exploration: XRF est utilisé pour déterminer l'analyse chimique complète des minerais et des minéraux pour le contenu en métaux, aidant les géologues à évaluer le potentiel économique des gisements.
• Analyse environnementale: XRF est utilisé pour identifier et quantifier les contaminants dans les sols, les sédiments et l'eau, y compris les métaux lourds comme le plomb, l'arsenic et le mercure.
• Métallurgie: XRF est largement utilisé dans la production de métaux pour garantir la composition et la qualité des alliages.
• Art et archéologie: XRF est utilisé pour l'analyse non invasive des artefacts historiques, des peintures et des céramiques afin de déterminer leur composition élémentaire.

La DRX est largement utilisée en science des matériaux, en géologie, en chimie, dans la surveillance environnementale et sanitaire, la production alimentaire et les produits pharmaceutiques pour identifier les phases cristallines, caractériser les dimensions des cellules unitaires et détecter les changements dans la structure cristalline.

• Science des matériaux: La DRX est utilisée pour caractériser de nouveaux matériaux, évaluer leur pureté de phase et comprendre la relation entre leurs propriétés et les structures cristallines.
• Pharmaceutiques: La DRX est importante pour identifier et contrôler les différentes formes polymorphes des médicaments, car les différentes formes peuvent affecter l'efficacité et la stabilité d'un médicament. La diffraction des rayons X non ambiante examine la stabilité d'un ingrédient pharmaceutique actif (API) sous des températures élevées/basses ou une humidité élevée.
• Géologie: La DRX est utilisée pour identifier les minéraux et analyser les formations rocheuses, aidant les géologues à comprendre les conditions dans lesquelles les roches se sont formées.
• Nourriture : La DRX est utilisée pour étudier le contenu cristallin et amorphe, car les deux peuvent influencer la sensation en bouche.
• Environnemental : XRD est capable de déterminer l'amiante et la silice respirable dans le suivi de la santé et de l'environnement.
• Polymères: La DRX aide à déterminer la cristallinité dans les polymères et les transitions de phase.
• Céramiques: La DRX est utilisée pour déterminer la stabilité des additifs dans les céramiques pendant le traitement.
• XRD non ambiant: Effectuer des XRD non ambiants sur des matériaux peut fournir des informations précieuses sur le comportement structurel, la stabilité et les mécanismes de réaction des matériaux dans différentes conditions environnementales. 

Le choix entre XRF et XRD dépend du type d'informations requises pour l'analyse :

• Si vous avez besoin de composition élémentaire, y compris des éléments traces dans des matériaux cristallins et amorphes, XRF est la méthode idéale.
• Si vous étudiez la structure cristalline, l'identification de phase ou les paramètres de réseau, la DRX est le choix préféré.

Dans de nombreux cas, les deux techniques sont complémentaires. Par exemple, la XRF peut être utilisée pour déterminer la composition élémentaire d'un matériau, tandis que la DRX peut fournir des informations sur la façon dont ces éléments sont disposés dans le réseau cristallin. Utiliser les deux techniques ensemble peut donner une compréhension complète des propriétés du matériau.

La XRF et la XRD sont toutes deux des techniques puissantes qui offrent des perspectives uniques sur les matériaux. XRF excelle à fournir une analyse élémentaire rapide et précise, tandis que XRD est essentiel pour comprendre la structure cristalline et la composition de phase des matériaux. Chaque technique a ses forces, et elles sont souvent utilisées ensemble pour une caractérisation matérielle complète dans la recherche et l'industrie.

• Jenkins, R., & Snyder, R. L. (1996). Introduction à la diffractométrie des poudres aux rayons X. Wiley-Interscience.
• Beckhoff, B., Kanngießer, B., Langhoff, N., Wedell, R., & Wolff, H. (2006). Manuel d'analyse par fluorescence X pratique. Springer.
• Pecharsky, V. K., & Zavalij, P. Y. (2009). Fondamentaux de la diffraction des poudres et caractérisation structurelle des matériaux. Springer.
• Willis, J., Feather, C., Turner, K., (2014). Directives pour l'analyse XRF, Communications de Shumani Mills