Fundamentos de la técnica PIXE

La Emisión de Rayos X Inducida por Partículas (PIXE), es una técnica esencialmente no destructiva con la cual se puede conocer la composición elemental de la superficie del material irradiado. PIXE proporciona información multielemental, cuantitativa, de manera rápida, precisa y con una gran sensibilidad (mg/g). El análisis mediante PIXE se puede realizar tanto al vacío como a la atmósfera. Debido a sus características y versatilidad, se le ha utilizado en diversas áreas como biología, medicina, ciencias ambientales, geología, metalurgia, ciencia de materiales, arqueometría, etc.
Cuando un haz de partículas cargadas incide sobre un blanco, uno de los procesos que pueden llevarse a cabo es la expulsión de los electrones atómicos de las capas internas debido a su interacción con los iones del haz (ver figura 1). Para que los átomos excitados regresen a su estado base ocurren transiciones electrónicas para cubrir las vacantes de las capas inferiores, es decir, los electrones de capas superiores decaen a niveles de energía menores. El exceso de energía de los átomos puede ser liberado mediante la emisión de rayos X, electrones Auger o ambos . La energía de los rayos X o del electrón Auger emitido es igual a la diferencia entre los niveles de energía de la transición y esta energía es característica de cada elemento. La técnica PIXE se basa en la detección de los rayos X emitidos.

Las capas electrónicas, denominadas , están determinadas por el número cuántico principal . A partir de la capa , cada capa está dividida en subcapas determinadas por los valores del momento angular orbital  y del momento angular total . El número de subcapas en cada capa es . El número cuántico magnético , toma los valores enteros comprendidos entre  y , es decir, . Por último, el número cuántico de spin, , toma los valores . Por el principio de exclusión de Pauli, NO puede haber dos electrones en un mismo átomo descritos por los mismos números cuánticos. Debido a esto la configuración electrónica es única para cada elemento y los rayos X emitidos permiten identificarlo.

Dispositivo experimental para pixe

El dispositivo experimental que se utiliza normalemente en PIXE depende del tipo de análisis que se esté realizando. Así, en el caso de blanco delgado o intermedio se puede utilizar el dispositivo mostrado en la Fig. 2, donde la corriente del haz se mide por medio de una caja de Faraday en la parte posterior de la cámara de análisis. La diferencia con el dispositivo para blanco grueso (Fig. 3) es que la corriente en este caso tiene que medirse sobre la muestra misma, si ésta es conductora, y cuando la muestra es aislante, debe medirse en toda la cámara o utilizar otros métodos, como integradores frente a la cámara o detectores de partículas, para medir el número de iones retrodispersados.
Cuando la muestra gruesa es aislante, frecuentemente ocurre que la carga eléctrica del haz se acumula en el blanco, provocando un alto potencial, que posteriormente da origen a radiación de fondo. La solución a este problema se encuentra mediante el uso de un pequeño cañón de electrones (que puede ser simplemente un filamento de carbón con una rejilla a un potencial de unos 100 V), para irradiar simultáneamente la muestra, y así neutralizar la carga positiva del haz de iones.