Desenvolvimento de um simulador para espectrometria por fluorescência de raios X usando computação distribuída

A Física das Radiações é um ramo da Física que está presente em diversas áreas de estudo e se relaciona ao conceito de espectrometria. Dentre as inúmeras técnicas espectrométricas existentes, destaca-se a espectrometria por fluorescência de raios X. Esta também possui uma gama de variações da qual pode-se dar ênfase a um determinado subconjunto de técnicas. A produção de fluorescência de raios X permite (em certos casos) a análise das propriedades físico-químicas de uma amostra específica, possibilitando a determinação de sua constituiçõa química e abrindo um leque de aplicações. Porém, o estudo experimental pode exigir uma grande carga de trabalho, tanto em termos do aparato físico quanto em relação conhecimento técnico. Assim, a técnica de simulação entra em cena como um caminho viável, entre a teoria e a experimentação. Através do método de Monte Carlo, que se utiliza da manipulação de números aleatórios, a simulação se mostra como uma espécie de alternativa ao trabalho experimental.Ela desenvolve este papel por meio de um processo de modelagem, dentro de um ambiente seguro e livre de riscos. E ainda pode contar com a computação de alto desempenho, de forma a otimizar todo o trabalho por meio da arquitetura distribuída. O objetivo central deste trabalho é a elaboração de um simulador computacional para análise e estudo de sistemas de fluorescência de raios X desenvolvido numa plataforma de computação distribuída de forma nativa com o intuito de gerar dados otimizados. Como resultados deste trabalho, mostra-se a viabilidade da construção do simulador através da linguagem CHARM++, uma linguagem baseada em C++ que incorpora rotinas para processamento distribuído, o valor da metodologia para a modelagem de sistemas e a aplicação desta na construção de um simulador para espectrometria por fluorescência de raios X. O simulador foi construído com a capacidade de reproduzir uma fonte de radiação eletromagnética, amostras complexas e um conjunto de detectores. A modelagem dos detectores incorpora a capacidade de geração de imagens baseadas nas contagens registradas. Para validação do simulador, comparou-se os resultados espectrométricos com os resultados gerados por outro simulador já validado: o MCNP.

Caracterização de um sistema de fluorescência de raios X por dispersão em energia para análise quantitativa de ligas metálicas

Neste trabalho são apresentados os procedimentos de caracterização de um sistema comercial portátil de Fluorescência de Raios X por dispersão em energia, o ARTAX 200, bem com seu processo de calibração. O sistema é composto por um tubo de Raios X, com anodo de Molibdênio e um detector XFlash (Silicon Drift Detector) refrigerado por Efeito Peltier. O procedimento de caracterização do sistema foi realizado utilizando-se uma amostra de referência contendo Ferro e Cromo. Foram também usadas amostras certificadas (National Bureau of Standards) D840, D845, D846, D847 e D849 para a realização do processo de calibração do sistema para análise quantitativa. O processo de calibração foi realizado por três metodologias diferentes a fim de avaliar qual deles apresentaria melhores resultados. A caracterização do sistema ARTAX 200 foi realizada executando testes de estabilidade do tubo de Raios X, repetibilidade, reprodutibilidade, resolução em energia do sistema, levantamento da curva de limite de detecção e verificação do centro geométrico do feixe (CG). Os resultados obtidos nos testes de estabilidade apresentaram um coeficiente de variação médio menor do que 2%, o teste de repetibilidade apresentou valores médios menores que 0,5 %. A reprodutibilidade apresentou um coeficiente de variação médio menor que 1,5%. A verificação do centro geométrica mostrou que o CG encontra-se alinhada com o centro ótimo do feixe em duas das três direções do plano cartesiano. A resolução em energia do sistema para a energia de 5,9 keV foi de 150 eV. O limite de detecção apresentou valores menores que 1 % do Si ao Cu. Na avaliação das metodologias para calibração verificou-se que uma das metodologias aplicadas apresentou melhor resultado. Comparando os resultados com outros sistemas portáteis de XRF observa-se que o ARTAX 200 apresenta eficiência superior em relação aos parâmetros analisados.

Avaliação da concentração de Cl, K e Ca na urina, hemolinfa e túbulos de Malpighi de Rhodnius prolixus usando a técnica de fluorescência de raios X por reflexão total por radiação síncrotron (SR-TXRF)

Neste trabalho utilizou-se a técnica fluorescência de raios X usando radiação síncrotron (SR-TXRF) para estudar, quantitativamente, o transporte de cloro, potássio e cálcio na hemolinfa, urina e túbulos de Malpighi (TM) em ninfas de quinto estágio do Rhodnius prolixus (R. prolixus), considerando a excreção destes elementos em diferentes dias após o repasto sanguíneo. R. prolixus é um dos principais vetores do Trypanosoma cruzi, agente causador da doença de Chagas. R. prolixus fornece um sistema modelo particularmente útil porque seus TMs tanto secretam quanto reabsorvem íons a taxas elevadas. Os TMs filtram a hemolinfa e secretam um líquido que é muitas vezes comparado com a urina primária em vertebrados. Os resultados obtidos mostram que a concentração de potássio na urina é substancialmente maior do que na hemolinfa. A concentração de cloro na hemolinfa é menor do que na urina, mas a diferença não é tão marcada como no caso do potássio. No caso do Rhodnius é razoável interpretar a elevada concentração de potássio na urina como adaptativo para o problema de excreção imediato do inseto. A concentração de cálcio nos TMs é substancialmente maior em comparação com os valores encontrados na hemolinfa e urina. Este resultado mostra que o cálcio é retido no corpo do R. prolixus e pouco eliminado. Os resultados obtidos estão coerentes com a literatura. Avaliou-se também o efeito no transporte de Cl, K e Ca após um repasto de sangue de coelho contaminado com HgCl2 de modo a avaliar o efeito da presença deste metal tóxico no balanço iônico nos fluidos de excreção urina e hemolinfa e também pelo principal órgão de transporte, os túbulos de Malpighi. As excreções de Cl e K pela urina são afetadas pela ingestão. Este resultado é esperado levando-se em consideração a ingestão de excesso de Cl através do HgCl2. O transporte de Cl, K e Ca na hemolinfa do Rhodnius prolixus não é afetada pela ingestão de HgCl2. Nos túbulos de Malpighi, as altas concentrações de Ca obtidas foram comparáveis àquelas encontradas nos insetos controle. Pode-se concluir que SR-TXRF é um método muito promissor para análises diretas, rápidas e confiáveis para a quantificação simultânea de elementos envolvidos na regulação do transporte e em todo o sistema excretor de insetos. Além disso, o estudo do transporte e a excreção de elementos no inseto Rhodnius prolixus abrem oportunidade para a maior compreensão de efeitos da poluição em espécies de invertebrados.

Análise multielementar em folhas de Nerium oleander L. usando fluorescência de raios X por dispersão em energia

Desde o início do século XX, a poluição do ar nos grandes centros piorou em consequência processo de industrialização e urbanização, juntamente com o rápido crescimento populacional e do transporte motorizado. Algumas espécies de plantas absorvem os poluentes atmosféricos pelas suas folhas e então, fixa-os em sua matriz, tornando-se assim um biomonitor de poluição nessa área. Assim, a análise foliar dessas espécies de vegetal pode ser usado como monitoramento ambiental. Uma das plantas que tem a habilidade de reter certos elementos químicos do ambiente e pode ser usada como biomonitor é a Nerium oleander L.. Neste estudo utilizou-se folhas de Nerium oleander L. para avaliar os níveis de poluição ambiental em uma sub-região da Região Metropolitana do Rio de Janeiro através da Fluorescência de Raios X (EDXRF). O sistema de EDXRF foi desenvolvido no próprio laboratório e consiste de um sistema portátil de XRF formado por um mini tubo raio X de baixa potência (anodo de Ag e operação em 20 kV/50 μA) e um detector de SiPIN. As amostras de Nerium oleander L. foram coletadas de plantas adultas. As amostras foram coletadas durante as quatros estações do ano (verão, outono, inverno e primavera). Todas as folhas foram coletadas a uma distância superior de 1,5 m em relação ao solo. As amostras foram acondicionadas em sacos plásticos e depois da chegada ao laboratório foram colocados sob refrigeração a 5 C. No laboratório, as amostras foram limpas com um pincel com cerdas macias para retirar a poeira. Depois disso, as amostras foram colocadas na estufa a 60 C por 48 h. Em seguida, as amostras foram pulverizadas (44 μm). Depois desse processo, alíquotas de 500 mg de massa foram prensadas a uma pressão de 2.32×108 por cerca de 15 minutos, afim de se obter pastilhas finas com diâmetro de 2,54 cm e densidade superficial de 100 mg/cm2. Foi possível detectar a concentração de 13 elementos: S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Ba e Pb. A partir da concentração de cada elemento foram obtidos os mapas de distribuição elementar da área de estudo para cada estação. A análise da correlação de Pearson mostrou que existe uma correlação significativa entre os elementos Fe, Zn, Ba e Pb, entre os elementos Ca e Sr e entre os elementos Cl, K, Rb. A análise do PCA (Análise por Componentes Principais) mostrou que existem dois fatores principais da emissão de poluição ambiental: emissão por ressuspensão do solo (Cl, K, Ca, Mn, Rb e Sr) e emissões veiculares e industriais (Fe, Zn, Ba e Pb). O estudo da poluição ambiental através da técnica de EDXRF utilizando folhas de Nerium oleander L. como biomonitor se mostrou uma técnica de baixo custo e eficiência substancial na determinação da concentração elementar dos poluentes atmosféricos.

Análise do potencial de desmineralização de diferentes tipos de clareadores de uso clínico para dentes vitalizados, por meio da técnica de fluorescência de raios X

O clareamento dentário tem se tornado um dos procedimentos mais comuns na odontologia, mas esse dado causa preocupações, pois essa técnica apresenta efeitos adversos, como: sensibilidade dentária, alterações das propriedades mecânicas dos tecidos dentários, aumento da rugosidade do esmalte e alteração do conteúdo de cálcio e fósforo do dente, porém todos esses fatores ainda não são totalmente fundamentados da literatura odontológica, principalmente a relação da técnica com a desmineralização dentária. O objetivo do presente estudo foi avaliar o potencial de desmineralização de alguns géis clareadores de uso clínico para dentes vitais, após cinco aplicações em esmalte dental humano, usando a técnica de Fluorescência de Raios X. Foram obtidos 20 dentes anteriores humanos, tendo as suas raízes seccionadas e incluídos em resina epóxi, com auxílio de uma matriz especial. Para análise, os dentes foram divididos em quatro grupos (5 dentes por grupo). Grupo 1: clareamento pelo HP Maxx, peróxido de hidrogênio 35% manipulado e dosado manualmente; grupo 2: clareamento com HP Blue, peróxido de hidrogênio 35% com cálcio, pré-dosado e manipulado com seringa de automistura; grupo 3: clareamento com Ultraboost, peróxido de hidrogênio 38%, pré-dosado e manipulado com seringa de automistura e grupo 4: clareamento com Total Blanc 35, peróxido de hidrogênio 35%, pré-dosado e manipulado com seringa de automistura. Cada dente foi avaliado em 6 sítios antes do clareamento e ao final de cada sessão. Entre as sessões os elementos eram mantidos em água ultrapura. Os géis clareadores também tiveram seu pH analisado a cada 5 minutos durante 60 minutos. Estatisticamente, nenhum dos agentes clareadores alterou significantemente o conteúdo mineral do esmalte dental humano e também não houve diferenças estatísticas entre os grupos. Concluiu-se que, mesmo com as limitações do estudo, os clareadores testados não são capazes de desmineralizar o esmalte dental humano e não diferem estatisticamente entre si.

Comparação da difusão de fósforo em solos brasileiros para diferentes fertilizantes granulados usando fluorescência de raios X por reflexão total por radiação síncroton (SR-TXRF)

O fósforo (P) é um nutriente essencial para o crescimento das plantas. Milhões de toneladas de P são aplicados aos solos anualmente. No entanto, apenas uma pequena fração do P aplicado com fertilizantes é aproveitada nas lavouras no ano de aplicação, bem como a eficácia do fertilizante fosfatado diminui com o tempo. Para melhorar a nossa compreensão dos mecanismos, a esta resposta do P no campo, este trabalho visa estudar a migração desse elemento em solos tropicais brasileiros (Latossolo vermelho e Latossolo amarelo) tratados com três tipos de fertilizantes: fosfato monoamônico (MAP), o polímero revestido de fosfato monoamônio (MAPP) e fosfato organomineral (OMP) em um experimento de placa de Petri. Fluorescência de Raios X por Reflexão Total (TXRF) foi usada para determinar o fluxo difusivo P a distâncias radiais diferentes (entre 0 e 7,5 mm, entre 7,5 e 13,5 mm, 13,5 e 25,5 mm e entre 25,5 e 43 mm) a partir do grânulo de fertilizante. As análises usando TXRF foram realizadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas, São Paulo, na linha de Fluorescência de Raios X (Beamline D09B). Depois de um período de cinco semanas, a concentração total de P, Ca e Al foram obtidas e comparadas analisando o tipo de solo/textura, o pH e o respectivo extrator de P, que nesse estudo foram usados o Mehlich 1 e água régia. De forma geral, concluiu-se que 80,0 % de fósforo proveniente dos fertilizantes usados nessa proposta ficaram concentrados em distâncias menores que 10 mm do ponto de aplicação dos fertilizantes, independentemente do tipo de solo, do pH e da respectiva textura. Em relação à utilização da técnica TXRF, o sistema foi eficiente, dentre outras características, na discriminação dos picos de fósforo dos picos de enxofre, principalmente nas amostras de solo usadas a partir da extração com Mehlich 1. Destaca-se isso, pois os raios X característicos desses elementos são muitos próximos.

Análise multielementar em peças de ouro antigo utilizando fluorescência de raios X por dispersão em energia

Os métodos de análise não destrutiva vêm sendo largamente empregados na área de Arqueometria. Estes métodos analisam artefatos históricos e obras de arte fornecendo informações da composição, das técnicas utilizadas e do local de manufatura da época. Assim, é possível fazer a datação, estabelecer a autenticidade e avaliar técnicas de conservação e restauração. A Fluorescência de Raios X por Dispersão de Energia (EDXRF) é um método que permite fazer análises quantitativas e qualitativas multielementares dos artefatos de forma não destrutiva. Neste estudo foram analisados artefatos compostos por ouro de diferentes épocas através da técnica de Fluorescência de Raios X por Dispersão em Energia (EDXRF). Dentre os artefatos, encontram-se brincos, pingentes, estatuetas e adornos de roupa cedidos pelo Instituto de Pesquisa Histórica e Arqueológica do Rio de Janeiro (IPHARJ). As análises foram realizadas através do sistema comercial ARTAX 200. Este sistema possui ânodo de Molibdênio. Foi utilizado um filtro de alumínio com 315 μm de espessura e foi operado em 40 kV, 250 μA com 300 s de aquisição. As concentrações de Cu, Au e Ag foram obtidas através da curva de calibração feita com padrões de ouro de 24k, 18k, 16k, 14k, 12k e 10k. Os resultados mostram que todas as peças contêm ligas metálicas e ouro em diferentes concentrações em sua composição. A partir das diferenças nas concentrações de ouro, foi possível classificar as peças quanto à pureza do ouro (quilatagem). Além disso, foi possível estimar a época em que estas peças foram manufaturadas a partir da comparação dos resultados encontrados com aqueles encontrados na literatura.

Análise química de produtos de incrustação em dutos de petróleo por espectometria de fluorescência de raios X

The quantitative chemical characterization of the inorganic fraction of scale products is very relevant in studying, monitoring and controlling corrosive processes of oil pipelines. The X-ray fluorescence spectrometry (XRF) is a very versatile analytical technique, which can be used in quantitative analysis in solid samples at low concentrations of the chemical element, in the order of few ppm. A methodology that involves sample preparation diluted in the proportion of 1:7 (one portion of the sample for seven of wax), pressed as pellets was used in the XRF calibration for chemical analysis of scale products from oil pipelines. The calibration involved the preparation of reference samples from mixtures of P.A. reagents, aiming to optimize the time consumed in the steps of sample preparation and analysis of Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr and Ti, using the same pressed pellet for trace and major elements analysis

Avaliação da influência da matéria orgânica, na determinação quantitativa de metais em amostras de sedimento, por espectrometria de absorção atômica e análise de metais traços por fluorescência de raios-X

The proposal of this work is to evaluate the influence of the organic matter on the results of the analyses of the metals (Zn, Pb, Al, Cu, Cr, Fe, Cd e Ni) for Atomic Absorption Spectrometry (AAS), so much in the extraction stage as in the reading using for that the chemometrics. They were used for this study sample of bottom sediment collected in river Jundiaí in the vicinity of the city of Macaíba-RN, commercial humus and water of the station of treatment of sewer of UFRN. Through the analyses accomplished by EAA it was verified that the interference of the organic matter happens in the extraction stage and not in the reading. With relationship to the technique of X Ray Fluorescence Spectrometry (XRFS), the present work has as intended to evaluate the viability of this technique for quantitative analysis of trace metals (Cr, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr and Pb) in having leached obtained starting from the extraction with acqua regia for an aqueous solution. The used samples constitute the fine fraction (<0.063 mm) of sediments of swamp of the river Jundiaí. The preparation of tablets pressed starting from the dry residue of those leached it allowed your analysis in the solid form. This preliminary study shows that, in the case of the digestion chemistry partially of the fine fractions of bottom sediments used for environmental studies, the technique of applied EFRX to the analysis of dry residues starting from having leached with acqua regia, compared her it analyzes of the leached with ICP-OES, it presents relative mistakes for Cu, Pb, Sr and Zn below 10%

Análise multielementar da mucosa gástrica de roedores tratados com Alchornea glandulosa, Davilla elliptica e Davilla nitida pela técnica de fluorescência de raios-x por reflexão total

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise da confiabilidade do ensaio de identificação de ligas através de espectrometria por fluorescência de raios x

In chemical industry, petrochemical and oil refinery may be found situations that working pressures and very high temperatures, and alloys that comprise such equipment must have specific characteristics such. As a way to ensure that the materials are as designed, companies have some specific techniques, and one of them is X-ray fluorescence spectrometry, which allows its application in devices small and lightweight, which ensures its portability in field use. This technique however, has some shortcomings such as the impossibility of detecting carbon and other elements of low atomic number which can generate false identifications of elements that are not in the league or non-detection of existing elements. Therefore, this study investigated the reliability of this method using the apparatus Niton XL3t 800 and may conclude that their results are reliable and can be used to assist in ensuring the operational integrity of the production units of these companies

Análise multielementar pela técnica de fluorescência de raios-X de amostras de cólon de roedores com colite e tratados com prednisolona

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Viabilidade do Código MCNPX para o Estudo da Técnica de Fluorescência de Raios-X por Reflexão Total

The X-ray fluorescence analysis (XRF) is an important technique for the qualitative and quantitative determination of chemical components in a sample. It is based on measurement of the intensity of the emitted characteristic radiation by the elements of the sample, after being properly excited. One of the modalities of this technique is the total reflection x-ray fluorescence (TXRF). In TXRF, the angle of refraction of the incident beam tends to zero and the refracted beam is tangent to the sample-support interface. Thus, there is a minimum angle of incidence that there is no refracted beam and all the incident radiation undergoes total reflection. As it is implemented in very small samples, in a film format, self-absorption effects should not very relevant. In this study, we evaluated the feasibility of using code MCNPX (Monte Carlo N - Particle eXtended), to simulate a measure implemented by the TXRF technique. In this way, it was verified the quality of response of a system by TXRF spectroscopy using synchrotron radiation as excitation beam for a simple setup, by retrieving the characteristic energies and the concentrations of the elements in the sample. The steps of data processing, after obtaining the excitation spectra, were the same as in a real experiment and included the obtaining of the sensitivity curve for the simulated system. The agreement between the theoretical and simulated values of Ka characteristic energies for different elements was lower than 1 % .The obtained concentration of the elements of the sample had high relatively errors ( between 6 and 60 % ) due mainly to lack of knowing about some realistic physical parameters of the sample , such as density . In this way, this result does not preclude the use of MCNPX code for this type of application