Advances in TXRF and X-Ray Spectrometry Science

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Dr. Ramón Fernández-Ruiz

Laboratorio de TXRF. Servicio Interdepartamental de Investigación (SIdI). Universidad Autónoma de Madrid (UAM). 28049, Madrid, Spain. (ramon.fernandez@uam.es)

Este artículo es la versión en castellano de la versión inglesa previamente publicada de “Quick Presentation of the TXRF laboratory in the Autonomous University of Madrid” y presenta un esbozo rápido de los orígenes y principales actividades que han sido desarrolladas hasta el momento por el Laboratorio de TXRF del Servicio Interdepartamental de Investigación (SIdI) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)

Introdución

Hoy en día, el SIdI es un centro abierto cuya misión principal es dar apoyo técnico, analítico y científico a los investigadores de nuestra universidad de forma prioritaria, pero no única, ya que el SIdI colabora activamente también con otros centros de I+D públicos y privados, tanto nacionales como internacionales, e incluso con particulares. Otra de las actividades más destacadas asumidas por los laboratorios del SIdI es el desarrollo de nuevas metodologías para resolver las múltiples y normalmente complicadas cuestiones analíticas que de manera continua nos proponen los investigadores usuarios del centro. Por otra parte, los laboratorios del SIdI están abiertos a la impartición de cursos y/o “entrenamientos” técnicos y científicos altamente especializados a cualquier persona bajo demanda. Hasta ahora los laboratorios más solicitados han sido los de TXRF, ICP-MS, Cromatografía y Microscopia Electrónica.

En la actualidad, el SIdI está constituido por 21 laboratorios diferentes (CHNS, ICP-MS, TXRF, AT, Citometría, Cromatografía, IC, IRMS, EM, FTIR, NMR, MAS-NMR, SEM, HR-SEM, TEM, Confocal, HR-XRD, Monocristal XRD, Policristal XRD, NMR-Autoservicio y Fluorimetría-Autoservicio) equipados con unos 47 instrumentos analíticos principales y un equipo humano de 43 personas agrupados en ocho unidades tal y como muestra la Figura 1.

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Figura 1.  Unidades analíticas actuales en el SIdI de la UAM

Para obtener una información mucho más extensa de cada una de las unidades y los laboratorios que las componen, lo mejor es visitar la página web del centro en www.uam.es/sidi o, como alternativa más detallada, leer el extenso y perfectamente diseñado catálogo digital del centro en www.uam.es/sidi/catalogo cortesía del Dr. Eberhardt Josué Friedrich. El laboratorio de TXRF está localizado dentro de la Unidad de Análisis Elemental, junto a los laboratorios de análisis elemental orgánico (CHNS) y Espectrotometría de Masas con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-MS).

El laboratorio de TXRF de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) comenzó su andadura a finales del año 1989, en el hall de la primera planta del departamento de Química-Física (C-II) de la Facultad de Ciencias. En esta “peculiar” ubicación se instaló el espectrometro de TXRF EXTRA-II de Rich & Seifert, el primer equipo de TXRF instalado en España. De este modo, podemos afirmar que la TXRF nació en España hace ya 26 años debido a la visión de futuro de los profesores Jesús Tornero Gómez y Lucas Hernández, ayudados por un joven asistente llamado Ramón Fernández Ruiz. Dos años después, en 1992, el laboratorio de TXRF fue trasladado a su ubicación actual, siendo uno más de los laboratorios fundadores del nuevo Servicio Interdepartamental de Investigación (SIdI) creado en las plantas 1º y 2º del módulo C-IX (actual C13) de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).

Algunos años después, en 2005, y siempre teniendo en mente el objetivo de la calidad y excelencia analítica, el laboratorio de TXRF, junto al resto de los laboratorios del SIdI de la UAM, obtuvo la certificación de calidad ISO 9001 por AENOR (Agencia Española de Normalización). Este sistema de calidad ha sido mantenido en todos los laboratorios del SIdI, así como en los nuevos que se han ido incorporando, hasta la actualidad y el objetivo es mantenerlo en el futuro. Un año después, en 2006 el laboratorio de TXRF fue uno de los primeros laboratorios incorporados a la red de laboratorios de Madrid+d.

Finalmente, desde finales de 2012 el laboratorio de TXRF del SIdI de la UAM actúa como laboratorio coordinador de la iniciativa colaborativa mediante la red social denominada “TXRF Workgroup” creado en el entorno de Facebook y abierto a todos los profesionales de la espectrometría y espectroscopia de rayos X. Este grupo de trabajo se encuentra constituido por dos plataformas en Facebook; la primera es la Página Pública del grupo que muestra la imagen pública del TXRF Workgroup [1] y la segunda y más importante, el Foro restringido del TXRF Workgroup, la zona de interacción entre los miembros registrados [2].

Estado Actual del Laboratorio de TXRF

En la actualidad, el laboratorio de TXRF dentro del SIdI de la UAM es un pequeño laboratorio dedicado principalmente a ayudar y dar soporte analítico a los investigadores usuarios mediante su conocimiento científico y sus recursos instrumentales. Los recursos instrumentales principales del laboratorio están constituidos por los tres espectrómetros de TXRF de los que dispone. El “papá” de los instrumentos de TXRF de nuestro laboratorio es el robusto y ya muy antiguo EXTRA-II de Rich & Seifert (ver Figura 2). Este equipo lo compramos en 1989 y, aunque parezca mentira, todavía está operativo pero solo a nivel cualitativo y básicamente solo para la verificación del estado de limpieza de los reflectores portamuestras. El equipo tiene dos líneas de rayos X convencionales de hasta 4000 W, una de Mo y otra de W, perpendiculares entre sí. Recientemente hemos realizado una actualización del sistema de detección completo mediante la adaptación a medida de un detector SDD de 100 mm2, refrigerado por sistema Peltier, junto al sistema electrónico de adquisición y el software de control, todo ello de la empresa Ketek.

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Figura 2. Espectrómetro de TXRF EXTRA-II del laboratorio de TXRF del SIdI-UAM

El segundo equipo de TXRF del laboratorio es el TXRF 8030c de Atomika en origen, diseño y filosofía, pero que en nuestro caso lo compramos a través de FEI Company en 2005 (ver Figura 3). Este equipo es, con diferencia, el más potente de los que disponemos en nuestro laboratorio. Con el se pueden hacer estudios de GI-XRF alrededor del ángulo crítico de reflexión total, en un rango aproximado de -1º a 1.5º. Es un equipo perfecto para estudios mediante TXRF al más alto nivel analítico y científico, permitiendo el poder abordar estudios de interfases superficiales en el orden -500 nm (análisis en profundidad, -z) a 500 nm (análisis de morfología superfical, +z). Esta línea de investigación es una de las principales en las que estamos trabajando en nuestro laboratorio durante los últimos años, a nivel metodológico, conceptual y de diseño de software. El mayor inconveniente de este potente equipo de TXRF es el elevado número de grados de libertad que posee, un hecho que lo convierte en un equipo muy delicado y difícil de mantener. Este equipo dispone de una fuente de rayos X de ánodo mixto de Mo/W y un doble monocromador de W/C que permite optimizar la energía de excitación para cualquier fuente que se acople, en particular para la fuente de Mo/W sintonizamos y trabajamos con las emisiones de WLb, MoK y W35. Al igual que en el equipo EXTRA-II, en este equipo también hemos actualizado el detector mediante la adaptación de un SDD de 100 mm2 también de la empresa Ketek.

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Figura 3. Espectrometro de TXRF 8030c del laboratorio de TXRF del SIdI-UAM

El último equipo de TXRF incorporado al laboratorio ha sido el pequeño, pero robusto, equipo de sobremesa S2 PicoFox de Bruker (ver Figura 4) adquirido en 2011. Personalmente, yo considero a este equipo de TXRF como la evolución tecnológica natural del equipo pionero EXTRA-II. Esto es debido a dos razones principales, la primera la solidez, reproducibilidad y potencia analítica de ambos equipos y segunda en ambos casos la geometría es fija. Evidentemente los separan 25 años de evolución tecnológica en fuentes, detectores y ópticas de rayos X.

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Figura 4. Espectrómetro de TXRF S2 PicoFox del laboratorio de TXRF del SIdI-UAM

De manera similar a cualquier otra técnica analítica, la mayor dificultad se encuentra en la correcta preparación de las muestras a analizar. En el caso de la TXRF, este aspecto es especialmente relevante debido a la física de la excitación y la medida de la muestra y a su carácter microanalítico. De este modo, el disponer de una buena infraestructura especializada en ayudar a resolver estas tareas es esencial. En nuestro caso, el laboratorio de TXRF del SIdI-UAM dispone de un laboratorio de preparación de muestras dedicado exclusivamente a desarrollar estar tareas (ver Figura 5).

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Figura 5. Imagen parcial del laboratorio de preparación de muestras de TXRF

Este laboratorio está equipado con los pequeños, y no tan pequeños, instrumentos de laboratorio necesarios para el trabajo avanzado en TXRF. Los equipos más significativos disponibles en el laboratorio son los siguientes; una cámara de flujo laminar clase A-100 de Telstar, necesaria en las manipulaciones finales y en la deposición de las muestras analizadas sobre los reflectores portamuestras; un sistema de purificación de agua ultrapura Integral Milli-Q de Millipore (calidad Element), necesario en las limpiezas y en la preparación de disoluciones; un horno digestión ácida mediante microondas a alta presión y temperatura tipo autoclave modelo Ultrawave de la empresa Millestone, imprescindible a la hora de digerir con fiabilidad muestras sólidas; una sonda de ultrasonidos modulable de titanio de alta potencia (200W) denominada Sonopuls de la empresa Bandeline, muy útil en los procesos de dispersión de materiales sólidos, nano y micrométricos en fluidos; un sistema de digestión ácida en vaso abierto a presión ambiente y temperatura controlada no superior a los 130 ºC denominado Digiprep de la empresa SCP Science, útil en digestiones de materiales biológicos o lixiviaciones de metales. A estos equipos hay que sumar varios pequeños instrumentos como baños de ultrasonidos, micropipetas Eppendorf de precisión cubriendo el rango 0.1 – 10000 microlitros (uL) con calidad analítica,  placas calefactoras, agitadores electromagnéticos, micro-centrifuga, agitadores vortex y orbitales, morteros de ágata y sistema de molienda y micromolienda. Finalmente, el laboratorio también está equipado con una campana de extracción de gases, imprescindible a la hora de evitar la acumulación de atmósferas ácidas tóxicas en el laboratorio y asegurar la seguridad de su personal.

La principal actividad del laboratorio de TXRF del SIdI-UAM es dar servicio a sus usuarios desde un punto de vista analítico. A la hora de mostrar esta faceta del laboratorio quizás un conjunto de números relevantes asociados a la actividad desarrollada en los últimos cinco años pueden ser suficientes para esbozar un pequeño resumen. El primer número significativo son las 998 solicitudes de ensayo abordadas y resueltas por el laboratorio en este periodo. Estas aproximadamente 1000 solicitudes de ensayo fueron realizadas por 106 investigadores principales diferentes, lo que implica que el laboratorio de TXRF participo en dar soporte analítico al mismo número de 106 proyectos de investigación diferentes. Estos proyectos fueron principalmente de nuestra propia universidad (UAM), pero también de otras instituciones públicas y privadas alrededor de España. Para resolver los problemas analíticos planteados en esas casi 1000 solicitudes se procesaron 4748 muestras y fueron necesarios realizar 17960 análisis mediante TXRF en el periodo evaluado. Esto indica que el número de muestras promedio por solicitud fue de solo 4.7 muestras/solicitud, es decir, que nuestro laboratorio de TXRF es demandado por los investigadores para resolver pequeñas cantidades de muestras pero extremadamente complejas, que muy frecuentemente vienen rebotadas de otros laboratorios analíticos donde no se ha podido resolver el problema planteado adecuadamente. A mi me gusta denominar a nuestro laboratorio como el “Laboratorio de los Marrones”, con lo bueno y malo que ello supone.

Por supuesto, ningún instrumento trabaja solo y, como supongo que sucede en cualquier otro laboratorio alrededor del mundo, el corazón del laboratorio de TXRF del SIdI-UAM siempre ha sido y será el factor humano, o el “equipo de trabajo”, que formamos todos los que estuvimos y estamos. En la actualidad, solo somos tres personas en el laboratorio, Ms. Maria Jesús Redrejo y Dr. Eberhardt Josue Friedrich, ambos contratados eventualmente como técnicos superiores, y yo mismo como Responsable del Laboratorio de TXRF del SIdI-UAM (ver Figura 6).

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Figura 6. “Equipo de trabajo” actual del Laboratorio de TXRF del SIdI de la UAM

Investigación desarrollada por el laboratorio de TXRF del SIdI-UAM

Como laboratorio fundacional del SIdI, la filosofía de trabajo del laboratorio de TXRF sigue las mismas directivas que el resto de laboratorios que componen el SIdI pero, adicionalmente y de manera totalmente altruista, este laboratorio ha sido capaz de desarrollar una intensa actividad científica e investigadora durante los últimos 20 años centrada principalmente en el desarrollo metodológico y conceptual de la espectroscopia de TXRF.

Esta labor científica se puede apreciar, solo de manera muy parcial, en las 44 publicaciones científicas internacionales y en las 4 publicaciones científicas nacionales realizadas a lo largo de los años. De este modo y siempre desde mi punto de vista personal, los áreas del conocimiento principales donde nuestro laboratorio ha realizado alguna contribución significativa hasta el momento han sido las siguientes: arqueometría, ciencia de materiales, sistemas catalíticos reales, ciencias biológicas, análisis directo de sólidos y desarrollo de la teoría de la incertidumbre en la medida analítica mediante TXRF. La Figura 7 muestra un resumen gráfico de esta actividad científica donde aparecen estos campos junto al número aproximado de contribuciones científicas publicadas por nuestro laboratorio hasta el momento.
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Figura 7. Principales campos científicos abordados por el laboratorio de TXRF del SIdI-UAM

En el campo de la arqueometría, y siempre desde mi punto de vista personal, nuestra contribución más relevante a la comunidad analítica de la espectroscopia de TXRF fue el desarrollo de las primeras aproximaciones al estudio de cerámicas arqueológicas mediante TXRF realizadas mediante intercomparación con la técnica más establecida de Análisis mediante Activación de Neutrones (NAA de sus siglas en ingles) [3, 4], tanto en su aproximación semicuantitiva [5] como cuantitativa [6]. Las metodologías desarrolladas fueron aplicadas al estudio de cerámicas con diferentes orígenes, pero los estudios arqueométricos se centraron principalmente en cerámicas Numantinas del siglo I a.c. de la provincia de Soria en España. El problema analítico que supuso el análisis de cerámicas arqueológicas reales fue muy complejo debido a la enorme diversidad de elementos y fases cristalinas presentes en estos materiales, aún más cuando habían sido utilizados para muy diversos usos y cuando su fabricación databa en más de dos mil cien años. De esta manera, analizar sólidos constituidos por micropartículas con densidades y propiedades físico-químicas de suspensión muy diferentes no fue un reto sencillo en 1995/97, cuando planteamos el problema en el laboratorio debido a la insistencia y el buen hacer del Dr. Manuel García Heras. Estos primeros estudios abrieron nuestro conocimiento básico para abordar el análisis directo de sólidos mediante el método de suspensión. Las claves para ello las encontramos en intentar la mejor aproximación al criterio ideal para TXRF de lámina delgada para una deposición de partículas. Para ello definimos tres requisitos fundamentales que cualquier dispersión de partículas sólidas debía de cumplir; (1) homogeneidad química de la suspensión de partículas sólidas, (2) tamaños de partícula promedio de alrededor de 1μm e inferiores a 10 μm y (3) distribución espacial 2D homogénea de las mono-partículas depositadas sobre el reflector portamuestras (ver Figura 8).

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Figura 8. Aproximación necesaria para el análisis adecuado de sólidos por TXRF (arriba) y diferentes tipos de cluster de partículas, laminar y tipo montaña (abajo).

En paralelo, otros “Nuevos Materiales” sólidos han sido analizados intensamente en nuestro laboratorio. Uno de los sistemas más relevantes lo constituyeron las disoluciones sólidas de Cu:In:Se (CIS) debido a su importancia fotovoltaica y a las dificultades analíticas inherentes a las bajas presiones de vapor que los metales constituyentes poseían. Un efecto que se ponía claramente de manifiesto en las digestiones ácidas de las muestras y en particular con un defecto sistemático de indio en la composición estequiométrica de las fases sintetizadas. De este modo, el desarrollo de la metodología de análisis de sólido directo mediante TXRF fue la solución para la correcta evaluación de las relaciones molares de los nuevos materiales CIS sintetizados con diferentes estequiometrías [7].

En esta línea de trabajo, otros materiales con interés optoelectrónico, basados en niobato de lítio (LN) dopados con diferentes tierras raras como Nd, Yb, Er o Ho, también se beneficiaron del desarrollo de las metodologías de análisis de sólido directo mediante TXRF. De esta forma, el contenido de lantánidos incorporados a la red cristalina de niobato de litio pudo ser evaluada fácilmente [8]. Por otra parte, el gradiente composicional de las fases mixtas de niobato y tantalato de litio (ver Figura 9) pudieron ser también evaluadas con el objetivo de poder correlacionar su composición con sus propiedades estructurales y ópticas [9].

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Figura 9. Monocristal de LiNb1-xTaxO3 crecido mediante la técnica de Czochralski.

Por otra parte, se abordó, desde un punto de vista analítico, el estudio de catalizadores de tres vías (TWC) reales mediante TXRF.  Ello fue posible gracias a la intensa colaboración científica planteada abiertamente por dos investigadores principales del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP-CSIC) con nuestro laboratorio, los doctores Manuel Lopez Granados y Rafael Mariscal. Gracias a esta colaboración se pudieron optimizar dos aproximaciones analíticas al problema mediante TXRF, una semicuantitativa [10] y otra cuantitativa [11]. El sistema estudiado fue el sistema de monolitos del bloque catalítico de un Ford Focus 1.6i (ver Figura 10) usado con 59.000 Km y fresco con 0 Km.

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Figura 10. Bloque catalítico de un Ford Focus 1.6i

En líneas generales, el estudio se centró en la evaluación de la distribución composicional radial y axial de los elementos catalíticos (Zr, Rh, Pd) y contaminantes (P, Pb, Zn, Pt, Ca y Ni) resultantes sobre el bloque de cordierita en forma de panel de abeja, en función del uso dentro de un sistema real.

Esta colaboración dio como fruto dos resultados científicamente relevantes; primero la observación de la existencia de un efecto interfase abrupto para las concentraciones de los elementos evaluados que espacialmente coincidía con la unión de los dos bloques monolíticos que constituían el catalizador y segundo, la confirmación de que el Pb y el Zn se seguía eliminando al medioambiente como demostraban los perfiles axiales de dichos elementos. Otras contribuciones de nuestro estudio, como el efecto del envenenamiento de los catalizadores TWC por P, también fueron muy bien recibidos por la comunidad científica catalítica [12]. Del mismo modo, el estudio realizado sobre el efecto del kilometraje en la desactivación de catalizadores TWC [13] también fue una contribución relevante a este área del conocimiento.

Es bien conocido que los “Sistemas Biológicos” son, en una primera aproximación, sistemas ideales para la espectrometría de TXRF debido principalmente a la elevada presencia de elementos ligeros en la matriz lo que permite la fácil detección y cuantificación de metales pesados. Por estas razones, el número de aplicaciones desarrolladas en este área en el laboratorio de TXRF del SIdI-UAM ha sido muy elevada [14]. Uno de los trabajos más importantes en los que tuve el placer de colaborar fue en el estudio de la actividad anti-tumoral de la droga Pt-berenil. Se analizaron cantidades realmente ridículas de DNA (100-500 ng) gracias al carácter microanalítico de la TXRF. Esto permitió el estudio de la cinética de coordinación del compuesto anti-tumoral Pt-berenil en DNA de células HeLa, a nivel “in vitro” e “in vivo” (ver Figura 11), lo que permitió, a su vez, la comparación del comportamiento de esta nueva droga anti-tumoral, respecto a otras mejor conocidas como CIS-Pt. Todo ello de una manera fácil, rápida, muy sensible y necesitando cantidades de DNA muy bajas [15].

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Figura 11. Microfotografía de células HeLa (arriba) y modelo molecular de DNA con átomos de Pt intercalado (abajo)

Son muchas otras las interesantes cuestiones que a lo largo de los años se nos han planteado en nuestro laboratorio en este área del conocimiento. Por ejemplo, la evaluación de la composición elemental intracelular de diferentes tipos de tejidos celulares de mamíferos [16] o el estudio de la cinética de bioacumulación de cromo (VI) por parte de un tipo de bacteria especial, denominada acinetobacter [17]. Hace poco, también hemos publicado un trabajo pionero donde la TXRF ha sido aplicada por primera vez en la evaluación de la cinética de bioacumulación de nano-barras (nanorods) de oro (GNRs) en varios tejidos de mamífero después de su administración vía intravenosa en ratones (ver Figura 12). Este trabajo demuestra de nuevo que la TXRF es, en este área del conocimiento, una potente herramienta analítica capaz de ayudar a resolver problemas científicos de esta complejidad y superiores de una manera más global que otras técnicas más convencionales [18].

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Figura 12. Esquema resumen gráfico de la investigación realizada sobre las nano-barras de oro (GNRs)

El campo del “Análisis Directo de Sólidos mediante TXRF” ha sido, y hoy en día sigue siendo, una de las tareas más importantes desarrolladas en nuestro día a día en el laboratorio. Desde el principio, tener la posibilidad de analizar directamente muestra sólidas de una manera cuantitativa y lineal y evitando su digestión química previa ha sido la “piedra filosofal” de cualquier técnica espectroscópica. La fluorescencia de rayos X clásica (XRF) surgió aparentemente como la técnica ideal para conseguir este logro, pero la perdida de linealidad debido a la aparición de interacciones de segundo orden y superiores junto a la fuerte dependencia de la composición de la matriz analizada, se convirtieron en la “espada de Damocles” para la XRF clásica y que la convirtió en una gran decepción para la comunidad científica analítica. Esto duró muchos años, hasta que en la década de los 80 apareció la variante instrumental de la XRF en condición de reflexión total que conocemos como TXRF. La aparición de la TXRF permitió volver a soñar con que este logro pudiese llegar a conseguirse con más posibilidades de éxito. En nuestro caso, el uso de la TXRF aprovechando su versatilidad analítica; el uso de uno o más patrones internos para la correcta cuantificación; la posibilidad de modulación mediante métodos físicos de la distribución de tamaños de partículas de las muestras problema mediante sistemas mecánicos o sondas de ultrasonidos de alta potencia; la optimización de las condiciones de suspensión mediante la modulación del tamaño; la correcta elección del fluido de suspensión o la adición de un surfactante adecuado y finalmente; la evaluación de la adecuada morfología de las deposiciones finales mediante técnicas microscópicas y/o mediante estudios de GI-XRF de los elementos evaluados alrededor del ángulo crítico, son las líneas principales de nuestra investigación actual es este área del conocimiento ya que somos conscientes de la importancia de este logro analítico y de lo mucho que todavía nos queda por aprender. Hasta ahora, los sistemas de nanopartículas han sido los que más hemos estudiado en nuestro laboratorio. La primera aproximación la realizamos con los ferrofluídos, unos materiales constituidos por una suspensión de nanoparticulas de magnetita (oxidos de hierro) funcionalizadas con distintas cabelleras orgánicas y/o inorgánicas con el fin de poder actuar de la forma más eficiente como agentes de contraste en imagen médica, resonancia y/o escaner, de forma selectiva para tejidos cancerígenos [19]. El otro gran sistema de nanopartículas estudiado, y que aún hoy en día seguimos estudiando, ha sido el de las nanoparticulas de carbon, en su aplicación electroquímica es sistemas voltaicos [20] y los nanotubos de carbono es sus diferentes formas (ver Figura 13), de pared única (SWCNTs) o de pared múltiple (MWCNTs).

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 Figura 12. Un ferrofluído en presencia de un campo magnético (arriba) y diferentes tipos de nanopartículas de carbono (abajo).

También se ha abordado el estudio de microesferas de cuarzo, donde hemos podido demostrar las serias implicaciones analíticas que tiene la modulación de la distribución de tamaños de partícula [21].

Nuestra experiencia hasta el momento parece indicar que la TXRF es una gran candidata a convertirse en una poderosa herramienta analítica en el análisis cuantitativo directo de sólidos, pero esa misma experiencia también nos indica que todavía es necesario desarrollar mucha investigación adicional y más profunda dentro de este campo para poder llegar a entenderlo de manera integral.

Finalmente, también abordamos el tema, siempre delicado, de la “Incertidumbre en al TXRF” desde diferentes aproximaciones. Unas puramente empíricas, donde la influencia de diferentes aspectos morfológicos de las deposiciones en TXRF, así como el material del reflector, la distribución de tamaños o la homogeneidad de la deposición, se pudieron correlacionar con la exactitud y la incertidumbre de los resultados analíticos asociados [22]. Otras más formales mediante la aplicación sistemática del modelo de calculo teórico de la incertidumbre a través de la relación funcional principal de la TXRF asociada al método de cuantificación más convencional de estandarización mediante un patrón interno [23], un trabajo que fue pionero en este tema y de los primeros que abordaron el tema de una manera sistemática mediante la aplicación de las normas europeas e internacionales al respecto. En cualquier caso este campo del conocimiento se encuentra todavía muy abierto y son muchas las cuestiones que quedan por resolver y mucha la investigación por desarrollar [24].

Perspectivas

Nuestro pequeño laboratorio tiene ya una larga trayectoria en el campo de la TXRF. Durante estos ya casi 26 años, el número y la variedad de problemas de investigación abordados ha sido muy diverso y gracias a este hecho nuestro aprendizaje ha sido siempre continuo, evitando, de este modo, que cayésemos en la desidia de la falta de ilusión por aprender algo nuevo cada día. Este hecho nos ha permitido adquirir una perspectiva considerable, real y dimensionada de las potencialidades y limitaciones de la TXRF en el campo analítico. Con este bagaje a nuestras espaldas, nuestro laboratorio siempre está abierto a colaborar con la comunidad científica y/o académica nacional e internacional que pueda estas interesada en contar con nosotros a la hora de divulgar, formar o abordar nuevas cuestiones de investigación que a todos nos puedan resultar de interés dentro de los múltiples campos donde la TXRF todavía necesita desarrollar o mostrar sus habilidades.

Datos de Contacto: Dr. Ramón Fernández-Ruiz, ramon.fernandez@uam.es, +34 91 497 8581

researchgatePara obtener una copia de este artículo conectar a mi cuenta de ResearchGate en el enlace: http://www.researchgate.net/publication/280609538 donde se encuentran la gran mayoría de los trabajos mencionados en este artículo.

Referencias

[1] Link to the Public Facebook Page of the TXRF Workgroup Public Page: http://www.facebook.com/TXRFSpectrometry.

[2] Link to the Restricted Facebook Group of the TXRF Workgroup Forum: http://www.facebook.com/groups/TXRFSpectrometry.

[3] GARCÍA-HERAS M., FERNÁNDEZ-RUIZ R., TORNERO J. D. Analysis of Archaeological Ceramics by TXRF and Contrasted with NAA. Journal of Archaeological Science, 1997, 24(11), 1003-1014.

[4] GARCIA-HERAS M, BLACKMAN M. J, FERNÁNDEZ-RUIZ R., BISHOP R. L. Assessing Ceramic compositional data: a comparison of Total reflection X-Ray Fluorescence and Instrumental Neutron Activation Analysis on Late Iron Age Spanish Celtiberian ceramics. Archaeometry, 2001, 43, 323-347, Part 3.

[5] FERNÁNDEZ-RUIZ R., GARCÍA-HERAS M. Study of Archaeological Ceramics by Total-reflection X-ray Fluorescence Spectrometry: Semi-quantitative Approach. Spectrochimica Acta Part B, 62, 2007, 1123-1129.

[6] FERNÁNDEZ-RUIZ R, GARCÍA-HERAS M. Analysis of archaeological ceramics by Total-reflection X-Ray Fluorescence: Quantitative approaches. Spectrochimica Acta Part B, 63, 2008, 975-979.

[7] FERNÁNDEZ-RUIZ R., CABAÑERO J. P., HERNANDEZ E. and LEÓN M. Determination of the stoichiometry of the CuxInySez by Total-reflection XRF. Analyst. 2001, 126, 1797-1799.

[8] FERNÁNDEZ-RUIZ R.  and CAPMANY J. Determination of the rare-earth:Nb mass ratio in doped LiNbO3 by the TXRF technique. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2001, 16, 867–869.

[9] BERMÚDEZ V., ARAGÓ C., FERNÁNDEZ-RUIZ R., DIEGUEZ E. Evolution of Structural Properties in Ferroelectric LiNb1-xTaxO3 Compound with Variation in the Nb/Ta Composition. Ferroelectrics, 2004, 304, 989-992.

[10] FERNÁNDEZ-RUIZ R., FURIÓ M., CABELLO GALISTEO F., LARESE C., LÓPEZ GRANADOS M., MARISCAL R., FIERRO J. L. G. Chemical analysis of used three-way catalysts by total reflection X-ray fluorescence. Analytical Chemistry, 2002, 74 (21), 5463-5469.

[11] FERNÁNDEZ-RUIZ R., LARESE C., CABELLO GALISTEO F., LÓPEZ GRANADOS M., MARISCAL R.  AND FIERRO J. L. G. TXRF Analysis of Aged Three Way Catalysts. Analyst, 2006, 131, 590-594.

[12] LARESE C., CABELLO GALISTEO F., LÓPEZ GRANADOS M., MARISCAL LÓPEZ R., FIERRO J. L. G., FERNÁNDEZ-RUIZ R. AND FURIÓ M.  Role of the CePO4 in the Poisoning by P of Real TWC Catalyst. Applied Catalysis B: Environmental, 1250, 2002, 1–13.

[13] LÓPEZ GRANADOS M., LARESE C., CABELLO GALISTEO F.,  MARISCAL R., FIERRO J. L. G., FERNÁNDEZ-RUÍZ R., SANGUINO R.  AND LUNA M. Effect of the Mileage on the Deactivation of Vehicle-Aged Three Way Catalysts. Catalysis Today, 107–108, 2005, 77–85.

[14] FERNÁNDEZ-RUIZ RAMÓN. TXRF Spectrometry as a Powerful Tool for the Study of Metallic Traces in Biological Systems. Development in Analytical Chemistry, Volume 1, 2014, 1-14.

[15] FERNÁNDEZ-RUIZ R., TORNERO J. D.,   GONZÁLEZ V. M. AND ALONSO C. Quantification of Pt bound to DNA using Total-reflection X-Ray Fluorescence (TXRF). Analyst, 1999,124, 583-585.

[16] GONZÁLEZ MAURICIO, TAPIA LUCÍA, ALVARADO MILTON, TORNERO J. D. AND FERNÁNDEZ-RUIZ R. Intracellular Determination of Elements in Mammalian cultured Cells by Total-reflection X-Ray Fluorescence. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 1999, 14, 885– 888.

[17] FERNÁNDEZ-RUIZ R., MALKI MOUSTAFA, MORATO ANA I. AND MARIN IRMA. Study of bioaccumulation kinetics of chromium(VI) in Acinetobacter beijerinckii type bacterium by Total Reflection X-Ray Fluorescence Spectrometry.  Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2011, 26, 511-516.

[18] FERNÁNDEZ-RUIZ RAMÓN, REDREJO MARÍA JESÚS, FRIEDRICH EBERHARDT JOSUÉ, RAMOS MILAGROS AND FERNÁNDEZ TAMARA. Evaluation of bioaccumulation kinetics of gold nanorods in vital mammalian organs by means of Total reflection X‑Ray Fluorescence Spectrometry. Analytical Chemistry, 2014, 86, 7383−7390.

[19] FERNÁNDEZ-RUIZ R., COSTO R., MORALES M. P., BOMATI-MIGUEL O.  AND VEINTEMILLAS-VERDAGUER S. Total reflection X-Ray Fluorescence: An alternative Method for the Analysis of Nanoparticle Magnetic Ferrofluids.  Spectrochimica Acta Part B, 63, 2008, 1387–1394.

[20] FERNÁNDEZ-RUIZ R., OCON PILAR AND MONTIEL MANUEL. First approximation to the analysis of Ru and Se in carbon nanoparticles as a new voltaic pile system by TXRF. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2009, 24, 785–791.

[21] FERNÁNDEZ-RUIZ R., ANDRÉS ROMÁN, DE JESÚS ERNESTO AND TERREROS PILAR. Optimization of the quantitative Direct Solid TXRF analysis of glass microspheres functionalized with Zr organometallic compounds. Spectrochimica Acta Part B, 65, 2010, 450-456.

[22] FERNÁNDEZ-RUIZ R. Three empirical cases of the deposition morphologies influence in the analytical quality of solid suspensions measurements by TXRF”. Spectrochimica Acta Part B, 64, 2009, 672–678.

[23] FERNÁNDEZ-RUIZ R. Uncertainty in the multielemental quantification by Total-reflection X-Ray Fluorescence: theoretical and empirical approximation. Analytical Chemistry, 2008, 80, 8372–8381.

[24] LAURA BORGESE, FABJOLA BILO, KOUICHI TSUJI, RAMÓN FERNÁNDEZ-RUIZ, EVA MARGUI, CHRISTINA STRELI, GIANCARLO PEPPONI, HAGEN STOSNACH, TAKASHI YAMADA, PETER VANDENABEELE, DAVID M. MAINA, MICHAEL GATARI, KEITH D. SHEPHERD, ERICK K. TOWETT, LEONARDO BENNUN, GRACIELA CUSTO, CRISTINA VASQUEZ, LAURA E. DEPERO. First Total Reflection X-Ray Fluorescence round-robin test of water samples: Preliminary results. Spectrochimica Acta Part B, 101, 2014, 6-14.

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Ramon_2015

Dr. Ramón Fernández-Ruiz

Servicio Interdepartamental de Investigación (SIdI). Laboratorio de TXRF. Universidad Autónoma de Madrid (UAM). 28049, Madrid, Spain. (ramon.fernandez@uam.es)

Small description of the historical origin and main activities developed up to now by the TXRF laboratory of the Autonomous University of Madrid (UAM)

Introduction

Nowadays, SIdI is an open centre whose first mission is to give scientific, technical and analytical support to researchers of our own university, but not only, SIdI also actively collaborates with other public and private institutions and companies at national and international level and even with particulars. In a second place, other of the main activities of the SIdI labs is to develop new analytical methods to solve the very diverse research questions that continuously are proposed by the researcher users. In third place, SIdI labs are open to provide specialized scientific and technical training to everyone under demand. So far the most popular are the laboratories of TXRF, ICP-MS, chromatography, and electron microscopy. Currently, SIdI is constituted by 21 different laboratories with more than 47 main analytical instruments, and a staff of around 43 people that are grouped in eight units as Figure 1 shows.

Figura1_IAEA

Figure 1.  Current analytical units of the SIdI-UAM

For more extensive information about the diverse laboratories inside each unit you can visit the web page of the centre http://www.uam.es/sidi or browse through the digital catalog of the center in the link http://www.uam.es/sidi/catalogo. In particular, TXRF lab is located inside the unit of Elemental Analysis next to the laboratories of organic elemental analysis (CHNS) and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS).The TXRF laboratory of the Autonomous University of Madrid (UAM) begun its work in 1989, in the hall of the first floor of the Chemistry and Physics department (C-II) of the Science Faculty. In this place and at the end of 1989, it was installed the TXRF spectrometer EXTRA-II from Rich & Seifert (Germany), the first TXRF instrument installed in Spain. In this way, the TXRF in Spain begun 26 years ago due to the vision of future of Prof. Jesús Tornero Gómez and Prof. Lucas Hernandez, helped by a young assistant named Ramón Fernández Ruiz. Two year after in 1992, the TXRF laboratory was translated to its actual location and so, it was one of the founder labs of the new Interdepartmental Research Service (SIdI) created in the Autonomous University of Madrid (UAM). Some years after, in 2005, and always taking in mind the objective of the analytical quality and excellence, the SIdI-TXRF lab obtained, next to other SIdI labs, the ISO 9001 quality assurance certification, which has been maintained up to now. In 2006, SIdI-TXRF lab was also one of the first labs incorporated to the Madri+d Laboratories Network of Madrid. Finally, from end of 2012 SIdI-TXRF lab act as coordinator laboratory of the collaborative social network initiative named “TXRF Workgroup” created in the Facebook environment and open to all the X-Ray Spectrometry professionals. This workgroup is constituted by two Facebook platforms; first the public page and image of the TXRF Workgroup [1] and second and more important, the restricted forum of interaction between the group members [2].

Current State of the SIdI-TXRF Lab

Actually, SIdI-TXRF lab is a small laboratory dedicated mainly to assist and give support to the researcher users with its scientific knowledge and instrumental resources. The main instrumental resources of the lab are constituted by our three TXRF spectrometers. The  “Dad” of the TXRF instruments in our lab, is the robust and rather old TXRF EXTRA-II from Rich & Seifert (see Fig. 2), acquired in 1989, which is yet operative but only for qualitative clean tests of the sample carrier reflectors. It is equipped with two conventional X-ray lines, one of Mo and other of W, perpendicular between them. Recently, we have updated the detector and acquisition electronics by mean of the special adaptation of a 100 mm2 SDD detector by Ketek.

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Figure 2. TXRF EXTRA-II spectrometer at SIdI-TXRF Lab

The second TXRF instrument of the lab is the TXRF 8030c from Atomika in origin but in our case acquired to FEI Company in 2005 (see Fig. 3). This instrument allows GI-XRF measurements around the total reflection critical angle from 0 to 2 degrees approximately. It is a perfect instrument for TXRF studies and high level researches but the elevated number of freedom degrees converts it in a very delicate instrument. It is equipped with an X-ray tube of Mo/W alloy and a double monochromator to optimize the excitation energy conditions. Recently, we have also updated detector by mean of the special adaptation of a 100 mm2 SDD detector system by Ketek. The last TXRF instrument acquired in the lab has been the benchtop but robust S2 PicoFox from Bruker (see Fig. 4) in 2011. I consider this instrument as the natural technological evolution of the pioneer EXTRA-II. It is an instrument of fixed geometry but with the last technology in its X-ray source, monochromator and SDD detector.

Figura3_IAEA

Figure 3 TXRF 8030c spectrometer at SIdI-TXRF Lab

Figura4_IAEA

Figure 4. TXRF S2 PicoFox spectrometer at SIdI-TXRF Lab

In a similar way like any other analytical technique, the greatest difficulty lies in the proper preparative of the analyzed samples. So, the existence of good infrastructure focused on solve these tasks is essential. In our case, the SIdI-TXRF laboratory has a sample preparation laboratory dedicated exclusively to performing these tasks (see Fig.5). This lab has the small, and not so small, laboratory instruments for the advanced work in TXRF. The more significant sample preparation instruments are as follows: a laminar flow chamber from Telstar to perform the final manipulation and deposition of the analyzed samples over the reflectors, a system of ultrapure water purification named Integral Milli-Q from Millipore (Element quality), a microwave oven of high pressure and temperature named Ultrawave from Millestone, a titanium ultrasound probe of high power (200W) named Sonopuls from Bandelin, a system of acid digestion by open vessel named Digiprep from SCP Science and several small instruments such as ultrasound bath, micro-centrifuge, agitation systems, mortars or grinding systems. Finally, this lab is equipped with a suitable gas extraction system.

Figura5_IAEA

Figure 5. Partial image of the TXRF sample preparation Lab

The main activity of the SIdI-TXRF Lab is give service to their users from an analytical point of view. In this line, a brief resume of its activity can be obtained from some significative numbers associated to the running of the Lab in the last five years. So, the number of analytical request carried out by the laboratory wear around 1.000. These requests were performed by 106 different principal researchers, which imply the same number of different research projects, mainly from the own university (UAM) and other public and private institutions around Spain. To solve this number of analytical requests has been necessary the evaluation of around 4.748 samples, which has implied the performing around 17.960 analysis by mean of TXRF.

Of course, no instrument work alone and, as happens in any other site around the world, the heart of the SIdI-TXRF Lab has been and will be the “work team” of people that we are. Actually, we are just three people, Ms. Maria Jesús Redrejo and Dr. Eberhardt Josue Friedrich, both with temporary contracts as superior chemical technician, and myself as Head of the SIdI-TXRF Lab (see Fig. 6).

Figura6_IAEA

Figure 6. Current “Work Team” of the SIdI-TXRF Lab

Research developed in the SIdI-TXRF Lab

As foundational lab of SIdI, the work philosophy of the SIdI-TXRF lab follows the same directives that for all other SIdI labs but, additionally, the SIdI-TXRF lab has developed an intense research activity during the last 20 years centered mainly in the methodological and conceptual development of TXRF spectroscopy.

This scientific labor has been only partially showed with around 37 international and 8 national scientific publications along the years. So and always from my personal point of view, the main scientific fields where some relevant contribution has been carried out in our lab are as follows; archaeometry, material science, real catalytic systems, biological science, direct solid analysis and uncertainty theory in TXRF. Figure 7 show a graphical resume of this scientific activity where these fields and the approximate number of scientific contributions for each one are displayed.

In the field of archaeometry, and always from my personal point of view, our more relevant contribution to the TXRF community was the development of some of the first approximations to the study of archaeological ceramics by means of TXRF technique by intercomparison with Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) [3,4] from a semiquantitative [5] and a quantitative [6] point of views. The methodologies developed were applied to the study of ceramics from different origins but mainly Numantine from Soria in Spain. This analytical problem was very complex due to the strong diversity of elements and crystalline phases presents in a clay and/or a ceramic. In this way, to analyze solids constituted by microparticles with very different densities and suspension properties was not an easy challenge but opened the basic knowledge for the direct analysis of solids by mean of the suspension method. The keys lines for this were found by means of the best approach to the ideal TXRF thin film criteria for a solid particle deposition. In this sense three fundamental requirements should be fulfilled for a correct TXRF approximation: (1) chemical homogeneity of the solid particles, (2) average particle sizes around 1 μm and lower than 10 μm, and (3) homogeneous spatial distribution of the deposited particles on the sample carrier.Figura7_IAEA

Figure 7. Main scientific fields boarded by SIdI-TXRF Lab

In a parallel way, also very diverse “New Materials” has been extensively analyzed in the SIdI-TXRF lab. One of the more relevant system was the solid solutions of Cu:In:Se (CIS) due to the analytical problems associated with the low vapor pressure of some of the elements in the digestion process, in particular with indium. The development of a direct solid analysis by mean TXRF was the solution for the correct evaluation of the atomic molar ratios of the CIS materials synthesized with different stoichiometries [7]. In this line, the optoelectronic materials based in lithium niobate (LN) doped with different rare earths as Nd, Yb, Er or Ho, were benefited of the developed CIS methodology. So, the quantity of rare earth incorporated to the LN crystalline lattice could be evaluated easily [8]. Also the mixed phases of niobates and tantalates could be easily quantified with the aim of correlate its composition with their structural and optics properties [9].

On the other hand and due to an intense scientific collaboration open with two main researchers of the Institute of Catalysis and Petrochemistry (ICP-CSIC), Dr. Manuel Lopez Granados and Dr. Rafael Mariscal,  the study of real Three Way Catalysts (TWC) (see Fig. 8) by mean TXRF was developed. So, one analytical TXRF methodology was developed from a semiquantitative [10] and a quantitative point of view [11].  The system in study were the catalytic monoliths

Figura8_IAEA

Figure 8. Catalytic blocks from a Ford Focus 1.6i

from an used (59.000 Km) and fresh (0 Km) catalyst of a Ford Focus 1.6i. In general lines, the study was centered in the evaluation of the axial and radial compositional distribution of the catalytic (Zr, Rh, Pd) and contaminant (P, Pb, Zn, Pt, Ca and Ni) elements. Two main and relevant scientific discoveries were obtained; first the existence of a strong interface effect between both monoliths which affected to all the evaluated elements and second the confirmation of the elimination of Pb and Zn to the environment due to the axial elemental profiles obtained for these elements. Additional studies related with the poisoning by P of TWC were very well considered by the catalytic community [12] and also the study of the effect of mileage on the deactivation of vehicle-aged three-way catalysts [13] were relevant contributions in this area.

It is well-know that “Biological Systems” are, in a first approximation, ideal systems for TXRF spectrometry due mainly to the presence of light elements which allows the easiest detection and quantification of heavy metals. In this way, the number of applications developed in this area in the SIdI-TXRF lab has been very long [14]. One of the more important works was the pioneer study of the novel antitumor drug Pt-berenil by TXRF. So, analyzing very small quantities of DNA samples thanks to the use of TXRF spectrometry, allows the study of the kinetic of binding of this drug in vitro and in vivo in DNA of HeLa cells [15]. This achievement allowed the comparison of the behavior of this new anti-tumor drug, Pt-berenil, versus other well know drugs as CIS-Pt, in an easy way, quick, very sensitive and with quantities of DNA very low. Other interesting tasks has been investigated in our lab such as the intracellular determination of several elements in different mammalian cultured cells [16] or the study of the bioaccumulation kinetics of chromium (VI) in a special acinetobacter type bacterium [17]. Very recently we have published other pioneer work where TXRF has been applied for first time to evaluation of the bioaccumulation kinetics of gold nanorods (GNRs) in various mammalian tissues upon intravenous administration in mice. This work presents to the TXRF as a new and powerful alternative analytical method in this field of knowledge showing that TXRF spectrometry can help to solve these complexes scientific problems in a more global way that other more conventional analytical techniques [18].

The field of the “Direct Analysis of Solids by TXRF” has been and nowadays is a main task in our lab. From the first times, the possibility of able to analyze directly a solid sample in a quantitative and lineal way without any previous chemical digestion has been the “philosophic stone” of the spectroscopic techniques. Classical XRF was initially the technique ideally to get this success but the lack of linearity due to second and higher order interactions and the strong dependence of the matrix composition were a deception from an analytical point of view. But from apparition of TXRF this goal can be achieved again with more possibilities of success. In our case the use of TXRF spectrometry taking advantage of their analytical versatility; the use of one o more internal standard for quantification; the physical modulation of the particle size distribution of the samples by mechanical systems or high power ultrasound probes; the optimization of the suspensions conditions by mean of the size modulation, the correct election of the suspension fluid or the addition of adequate surfactants and finally, the check of the adequate morphology of the final depositions by means of microscopy techniques and/or GI-XRF studies of the evaluated elements around the critical angle are the main keys of our research in this area. Up to now, nanoparticle systems has been the more investigated mainly magnetite nanoparticles as ferrofluids [19] and cabon and nanotubes nanoparticles [20] but also microparticles of glass where it was shown that the modulation of the size distribution has serious implications in the analytical parameters [21]. Our experience indicates that TXRF is a great candidate for to be a powerful analytical technique for the quantitative direct solid analysis, but nevertheless more depth research is necessary to be developed in this field to end of  understand it completely.

Finally, the “TXRF uncertainty” field has been studied from several approximations. Ones purely empirical, where the influence of different morphological aspects of the TXRF depositions, such as reflector material, distribution size or homogeneity, were correlated with the accuracy and uncertainty of their analytical results [22] and others more formally with the analysis of the TXRF uncertainty from a theoretical point of view for the more conventional quantification method of internal standard addition [23]. In any case, this field is yet open and many questions are still for solve.

Outlooks

Our small laboratory has a long trajectory in the TXRF field. During this time of around 25 years, the number and variety of research problems boarded has been very diverse. This fact has allowed us to acquire a big, real and dimensioned perspective of the potentialities and drawbacks of the TXRF in the analytical field. With this background in our hands, our lab is always open to collaborate with the international community that can be interested in the advance of each one of the multiple fields where still TXRF need develop or show its abilities.

Contact Details: Dr. Ramón Fernández-Ruiz, ramon.fernandez@uam.es, +34 91 497 8581

[1] Link to the Public Facebook Page of the TXRF Workgroup Public Page: http://www.facebook.com/TXRFSpectrometry.

[2] Link to the Restricted Facebook Group of the TXRF Workgroup Forum: http://www.facebook.com/groups/TXRFSpectrometry.

[3] GARCÍA-HERAS M., FERNÁNDEZ-RUIZ R., TORNERO J. D. Analysis of Archaeological Ceramics by TXRF and Contrasted with NAA. Journal of Archaeological Science, 1997, 24(11), 1003-1014.

[4] GARCIA-HERAS M, BLACKMAN M. J, FERNÁNDEZ-RUIZ R., BISHOP R. L. Assessing Ceramic compositional data: a comparison of Total reflection X-Ray Fluorescence and Instrumental Neutron Activation Analysis on Late Iron Age Spanish Celtiberian ceramics. Archaeometry, 2001, 43, 323-347, Part 3.

[5] FERNÁNDEZ-RUIZ R., GARCÍA-HERAS M. Study of Archaeological Ceramics by Total-reflection X-ray Fluorescence Spectrometry: Semi-quantitative Approach. Spectrochimica Acta Part B, 62, 2007, 1123-1129.

[6] FERNÁNDEZ-RUIZ R, GARCÍA-HERAS M. Analysis of archaeological ceramics by Total-reflection X-Ray Fluorescence: Quantitative approaches. Spectrochimica Acta Part B, 63, 2008, 975-979.

[7] FERNÁNDEZ-RUIZ R., CABAÑERO J. P., HERNANDEZ E. and LEÓN M. Determination of the stoichiometry of the CuxInySez by Total-reflection XRF. Analyst. 2001, 126, 1797-1799.

[8] FERNÁNDEZ-RUIZ R.  and CAPMANY J. Determination of the rare-earth:Nb mass ratio in doped LiNbO3 by the TXRF technique. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2001, 16, 867–869.

[9] BERMÚDEZ V., ARAGÓ C., FERNÁNDEZ-RUIZ R., DIEGUEZ E. Evolution of Structural Properties in Ferroelectric LiNb1-xTaxO3 Compound with Variation in the Nb/Ta Composition. Ferroelectrics, 2004, 304, 989-992.

[10] FERNÁNDEZ-RUIZ R., FURIÓ M., CABELLO GALISTEO F., LARESE C., LÓPEZ GRANADOS M., MARISCAL R., FIERRO J. L. G. Chemical analysis of used three-way catalysts by total reflection X-ray fluorescence. Analytical Chemistry, 2002, 74 (21), 5463-5469.

[11] FERNÁNDEZ-RUIZ R., LARESE C., CABELLO GALISTEO F., LÓPEZ GRANADOS M., MARISCAL R.  AND FIERRO J. L. G. TXRF Analysis of Aged Three Way Catalysts. Analyst, 2006, 131, 590-594.

[12] LARESE C., CABELLO GALISTEO F., LÓPEZ GRANADOS M., MARISCAL LÓPEZ R., FIERRO J. L. G., FERNÁNDEZ-RUIZ R. AND FURIÓ M.  Role of the CePO4 in the Poisoning by P of Real TWC Catalyst. Applied Catalysis B: Environmental, 1250, 2002, 1–13.

[13] LÓPEZ GRANADOS M., LARESE C., CABELLO GALISTEO F.,  MARISCAL R., FIERRO J. L. G., FERNÁNDEZ-RUÍZ R., SANGUINO R.  AND LUNA M. Effect of the Mileage on the Deactivation of Vehicle-Aged Three Way Catalysts. Catalysis Today, 107–108, 2005, 77–85.

[14] FERNÁNDEZ-RUIZ RAMÓN. TXRF Spectrometry as a Powerful Tool for the Study of Metallic Traces in Biological Systems. Development in Analytical Chemistry, Volume 1, 2014, 1-14.

[15] FERNÁNDEZ-RUIZ R., TORNERO J. D.,   GONZÁLEZ V. M. AND ALONSO C. Quantification of Pt bound to DNA using Total-reflection X-Ray Fluorescence (TXRF). Analyst, 1999,124, 583-585.

[16] GONZÁLEZ MAURICIO, TAPIA LUCÍA, ALVARADO MILTON, TORNERO J. D. AND FERNÁNDEZ-RUIZ R. Intracellular Determination of Elements in Mammalian cultured Cells by Total-reflection X-Ray Fluorescence. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 1999, 14, 885– 888.

[17] FERNÁNDEZ-RUIZ R., MALKI MOUSTAFA, MORATO ANA I. AND MARIN IRMA. Study of bioaccumulation kinetics of chromium(VI) in Acinetobacter beijerinckii type bacterium by Total Reflection X-Ray Fluorescence Spectrometry.  Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2011, 26, 511-516.

[18] FERNÁNDEZ-RUIZ RAMÓN, REDREJO MARÍA JESÚS, FRIEDRICH EBERHARDT JOSUÉ, RAMOS MILAGROS AND FERNÁNDEZ TAMARA. Evaluation of bioaccumulation kinetics of gold nanorods in vital mammalian organs by means of Total reflection X‑Ray Fluorescence Spectrometry. Analytical Chemistry, 2014, 86, 7383−7390.

[19] FERNÁNDEZ-RUIZ R., COSTO R., MORALES M. P., BOMATI-MIGUEL O.  AND VEINTEMILLAS-VERDAGUER S. Total reflection X-Ray Fluorescence: An alternative Method for the Analysis of Nanoparticle Magnetic Ferrofluids.  Spectrochimica Acta Part B, 63, 2008, 1387–1394.

[20] FERNÁNDEZ-RUIZ R., OCON PILAR AND MONTIEL MANUEL. First approximation to the analysis of Ru and Se in carbon nanoparticles as a new voltaic pile system by TXRF. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2009, 24, 785–791.

[21] FERNÁNDEZ-RUIZ R., ANDRÉS ROMÁN, DE JESÚS ERNESTO AND TERREROS PILAR. Optimization of the quantitative Direct Solid TXRF analysis of glass microspheres functionalized with Zr organometallic compounds. Spectrochimica Acta Part B, 65, 2010, 450-456.

[22] FERNÁNDEZ-RUIZ R. Three empirical cases of the deposition morphologies influence in the analytical quality of solid suspensions measurements by TXRF”. Spectrochimica Acta Part B, 64, 2009, 672–678.

[23] FERNÁNDEZ-RUIZ R. Uncertainty in the multielemental quantification by Total-reflection X-Ray Fluorescence: theoretical and empirical approximation. Analytical Chemistry, 2008, 80, 8372–8381.

Ramón Fernández Ruiz_2013

Hola a todos de nuevo, con este nuevo artículo quiero compartir con vosotros el Abstract Extendido que acabo de enviar a la “15th International Conference on TXRF and Related Methods” que se celebrará del 23 al 27 de Septiembre de 2013 en Osaka, Japón. He tenido el inmenso honor de ser amablemente invitado a dar una charla en dicha conferencia, gracias al criterio de su comité científico  y particularmente al del Prof. Kouichi Tsuji, Co-Chair del congreso. Para mi fue una muy grata sorpresa recibir la invitación y agradezco sinceramente la oportunidad que me brindan. El tema en el que estaban interesados que hablase se aleja un poco de mi “carrera científica” en el área de la TXRF lo que en un principio me descentro un poco, pero al poco tiempo asumí su propuesta. Su idea era que presentase la idea del TXRF Workgroup en facebook. Este proyecto la arranque, sin muchas pretensiones, hace menos de un año y, a día de hoy, somos ya 39 miembros de todo el mundo en el foro y 55 seguidores en su página pública. Mi idea en este congreso es intentar presentar las bases y estructura básica sobre la que se ha construido este proyecto a la mejor audiencia posible en este área, la que brinda la TXRF2013 Conference.

TXRF Workgroup and Social Networks: An alternative tool for scientific collaboration

 Ramón Fernández-Ruiz

Servicio Interdepartamental de Investigación. Laboratorio de TXRF. Universidad Autónoma de Madrid. 28049, Madrid, Spain.

1. Introduction

This work presents, for first time, the origin, motivations and reasons to be of the, recently created, TXRF Workgroup to the international community of Total-reflection X-Ray Fluorescence and Related Methods. The origin of the TXRF Workgroup can be found in the simple idea of ​​trying to put in contact those colleagues with common interest in the field of TXRF in particular and XRS in general. The main motivation for the creation of this Workgroup was to facilitate the collaboration between researchers in these scientific and technological areas around the world in an easy way. As technological novelty, the TXRF Workgroup uses the Social Networks, each time more presents in our lives, as the alternative tool for the scientific communication, interrelation and collaboration. In particular, facebook was the social network used due, mainly, to its near 1000 millions of users around the world and its facility of use. These new technologies of information, made ​​available to all of us, through our computers, smart-phones, tablets etc, to be in contact anywhere and at any time which allow us to interact with the group members wherever they are around the world. The TXRF Workgroup is an open discussion forum where all people are welcome independent of its formation or its technological or scientific recourses. Only one condition is required to be part of the group as member, the clear interest by the TXRF-XRS knowledge area. The main motto of the TXRF Workgroup is “Scientific knowledge should be shared by all”. For this reason, future members, with a public and contrasted scientific relation in the XRS field, will be welcome and very appreciates in the TXRF Workgroup. One of the basic principles of the group is that when larger be the diversity of the members, higher will be the flux of ideas between the members and, as a natural consequence, more easily should be the generation of new knowledge, which ultimately is the reason to be of the TXRF Workgroup.

2. TXRF Workgroup Description

The description that appears in the main facebook page of the workgroup is as follow: “Open forum for specialists in X-ray spectroscopic techniques, TXRF and GI-XRF mainly, where you can share knowledge, experiences, questions and lines of future of this technology. Scientific knowledge should be shared by all”. In this way, two main pages constitute the TXRF Workgroup platform, both located in the facebook environment.

First, the named “TXRF Workgroup Forum” (http://www.facebook.com/groups/TXRFSpectrometry) (see Fig. 1) which is a restricted facebook group where all the members are accepted by the group administrator with a previous and simple verification of its real interest to participate in the group. In this case, only the accepted members have access to participate actively in the opened discussions or, why not, to open new discussion lines. The people that come at TXRF Workgroup Forum page but they have not yet been accepted as members only can to see the description of the group and the members belonging to the group but, in any case, they do not can access to the information shared within the group.

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In a parallel way, it exist a second facebook page named “TXRF Workgroup Public Page” (http://www.facebook.com/TXRFSpectrometry) (see Fig. 2) which is the public image of the restricted workgroup forum. In contrast to the forum page, in this case, anyone can access to published information on it, regardless of it being member or not. The purpose of this page is to become the place where anyone can find out about the activities, news, events etc. related with the TXRF Workgroup with a public character.

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3. Outlooks

After about a year since the TXRF Workgroup began to walk slowly, we are 39 members in the Forum and 54 followers of the Public Page of the group. The numbers are continuously increasing even considering the afraid, fears and lack of confidence that global social networks offer at all. In any case, the TXRF Workgroup is allowing that technician, professors, PhD students, researchers of private companies, commercials related with XRS, engineers or scientists around the world (Spain, Germany, Austria, Argentina, Hungary, France, Sweden, Netherlands, Sri Lanka, Kenya, Italy, Japan, Albania, Belgium, Brazil and Russia, at the moment) can interact constructively and share their knowledge, instrumental and technological resources with the aim of break with the limitations that we, or the external circumstances, impose us. As consequence and in theory, we can try to develop our “ideas” with the help of experimented experts in this knowledge area and, also the best instrumentation to solve the questions related with the scientific problem arising by this “idea” and, more important, all this independent of our local resources. An important related question is: what happens with the new knowledge generated?. In this sense, the ethical guidelines of the workgroup try to apply the common sense, professionalism, scientific quality and honesty of each one of the group members. So, the main system of control over this “new knowledge” is the same group members.

As resume, the TXRF Workgroup has been created, the number of members is increasing and the first steps are being given carefully. In any case, the outlooks are promising and only depend of ourselves.

Dr. Ramón Fernández Ruiz

Ramón Fernández Ruiz_2013Dear readers, with this first article I want to share with you a simple idea and I think that natural, in the times we live in, the recent creation of a Working Group specialized in total reflection X-Ray Fluorescence (TXRF) and related techniques such as GI-XRF, XRF, micro-XRF, etc.., known as “TXRF Workgroup”. Hope that this article can get to interest and motivate to the user community of this type of X-ray spectrometric techniques around the world and all those who in any given time have been curious or need to use, students, researchers etc..

Logos_TXRF WG WEB

The TXRF Workgroup is a group of new creation in  a little special area of X-ray spectrometric techniques, the TXRF as basic technique. It is a fact that there are many groups created and specialized in other different techniques but in my humble opinion, all of them are guilty of a more or less rigid and hierarchical dynamics that impede agile enough time to exchange and share information between its members. In this aspect is where the TXRF Workgroup breaks with existing groups and innovative communication tool using the increasingly widespread social networks. Today there are many different social networks, with their particular characteristics each one, but we must recognize that the best known, widespread and easy to use is undoubtedly first that emerged, Facebook. It is true that there are specific social networks in the world “professional” as LinkedIn or ResearchGate but its degree of penetration in the global society is negligible compared to that of Facebook. This has been important to me because the TXRF Workgroup has been created not only for scientists in the field of X-ray spectrometry, but for anyone who, with proper training and interest, wants to participate, learn, take their first steps and share ideas and projects in this field, although having to do so with the people who constitute the TXRF Workgroup, because the future is unquestionably of them.

The idea of creating this working group in TXRF and other related X-Ray Spectrometric techniques, emerged from the analysis and reflection on the current situation of TXRF in the world. I am an unconditional convinced what TXRF can help to the present and future scientific knowledge. Similarly, I am also aware of his tiny degree of incorporation in research and industry, mainly due to simple ignorance of their virtues and / or shortcomings and the lack of interest in acquiring such knowledge in many cases.

To say this, I draw on my own experience. I develop my work as head of the TXRF laboratory, located in the Interdepartmental Research Service (SIdI) of the Autonomous University of Madrid (UAM) in Spain.

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A center whose goal is to give  scientific and instrumental support to researchers from the university, but also puts its instrumental and human resources available to other spanish and international public institutions and, of course, to the private companies. In total the SIDI consists about 20 laboratories where three of them constitute the Atomic Chemical Analysis Unit, TXRF, ICP-MS and AQE.

In this way, the diversity of analytical problems that users daily confront us , as you can imagine, is very varied. Normally, these researchers always pose their problems in the way “… I want to analyze my samples by ICP-MS because I’ve read in this or that journal …”. When asked “… do you know the TXRF technique that also can help solve your problem? …”, The answer is almost always the same “… I have no idea and I am not interested, I want as it says here, by ICP-MS or AAS or ICP-OES … “.

Luckily, almost always, after analyzing more deeply and discuss the problem posed by the researcher, to evaluate the elements of interest, required detection limits, the present digestion problems and idiosyncrasies of their experiment, they often reach appropriate analytical solution, either by ICP-MS, TXRF or both techniques simultaneously and complementary.

This fear or general apathy to try alternative techniques is something we have to deal constantly in our laboratory and, therefore, the TXRF is relegated a back seat for the scientific community in general. But it is curious that those researchers who have opted sometime by TXRF, as an analytical tool, have always returned to her as first option when it comes to solving their new research problems. To me, latter observation explains many things.

It is a fact that the techniques and methods of analysis that one finds in the literature search as specific analytical problem solving is mostly by AAS, ICP-OES or ICP-MS. If the application is also solved by TXRF, the ratio would be 100 to 1 for those techniques. With these boundary conditions, is entirely consistent that a researcher, without relation to X-ray spectrometry and with TXRF, close in band and do not want to know anything about this rare technique that He/She has not seen it anywhere in their search literature. This is one of the great challenges for the future of the TXRF, increase their visibility and knowledge in all those groups potentially interested, even nor they themselves know.

So far this first part of place situation about the origin, fundamentals and goals of the TXRF Workgroup. When I can to find more time I will continue to write about it.

Dr. Ramón Fernández Ruiz

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Ramón Fernández Ruiz_2013

Estimados lectores, con este primer artículo quiero compartir con todos vosotros una idea sencilla y estoy por decir que natural, en los tiempos que nos ha tocado vivir, la reciente creación de un Grupo de Trabajo especializado en Fluorescencia de Rayos X por reflexión Total (TXRF) y técnicas relacionadas como GI-XRF, XRF, micro-XRF, etc., conocido como “TXRF Workgroup”. Espero que este artículo pueda llegar a interesar  y motivar a la comunidad usuaria de este tipo de técnicas espectrométricas de rayos X alrededor del mundo y a todos aquellos que en algún determinado momento han tenido curiosidad o necesidad de su uso,  estudiantes, investigadores etc.

Logos_TXRF WG WEB

El TXRF Workgroup es un grupo de nueva creación en un área un tanto especial de las técnicas espectrometricas de rayos X, la TXRF como técnica de base. Es un hecho que existen muchos grupos creados y especializados en otras técnicas diferentes pero, desde mi humilde punto de vista, todos ellos pecan de una estructura más o menos rígida y jerárquica que impiden una dinámica suficientemente ágil a la hora de intercambiar y compartir información entre sus miembros. En este aspecto es donde el TXRF Workgroup rompe con los grupos existentes e innova utilizando como herramienta de comunicación las cada vez más extendidas redes sociales. Hoy en día existen muchas redes sociales diferentes, con sus características particulares cada una, pero debemos de reconocer que la más conocida, extendida y sencilla de utilizar es, sin duda, la primera que surgió, Facebook. Es verdad que existen redes sociales específicas dentro del mundo “profesional” como LinkedIn o ResearchGate pero su grado de penetración en la sociedad global es ínfimo en comparación al de Facebook. Este hecho ha sido importante para mi porque el TXRF Workgroup no ha sido creado solo para científicos especialistas en el área de la espectrometría de rayos X, sino para todo aquel que, con la formación e interés adecuados, quiera participar, aprender, dar sus primeros pasos y compartir sus ideas y proyectos en este campo. Pudiendo contar para ello con las personas que constituimos el TXRF Workgroup, ya que el futuro será indiscutiblemente de ellos.

La idea de crear este grupo de trabajo en TXRF y otras espectrometrías de rayos X relacionadas, surgió del análisis y reflexión sobre el panorama actual de la técnica en el mundo. Yo soy un convencido incondicional de lo que la técnica de TXRF puede ayudar al conocimiento científico presente y futuro. Del mismo modo, también soy consciente de su ínfimo grado de incorporación en la investigación y en la empresa, debido, principalmente, al simple desconocimiento de sus virtudes y/o defectos y también a la falta de interés por adquirir dichos conocimientos en muchos casos.

Para decir esto, me baso en mi propia experiencia profesional. Mi trabajo lo desarrollo como responsable del laboratorio de TXRF, ubicado en el Servicio Interdepartamental de Investigación (SIdI) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).

logo SIDITXRFVIDEO

Un centro cuyo objetivo es dar soporte instrumental y científico a los investigadores de la universidad, pero que también pone sus medios materiales y humanos a disposición de otras instituciones publicas españolas e internacionales y, por supuesto, a la empresa privada. En total el SIdI está constituido por unos 20 laboratorios donde tres de ellos constituimos la Unidad de Análisis Químico Atómico, TXRF, ICP-MS y AQE.

De este modo, la diversidad de problemas analíticos que diariamente se nos plantean por parte de los usuarios es, como podéis imaginar, muy variopinta. Normalmente, estos investigadores siempre plantean su problema en la forma “…quiero analizar mis muestras por ICP-MS por que lo he leído en tal o cual revista …”. Ante la pregunta de “…¿conoces la técnica de TXRF que también puede ayudarte a solucionar tu problema?… “, la respuesta es casi siempre la misma “…pues no tengo ni idea ni me interesa, yo quiero hacerlo como pone aquí, por ICP-MS o AAS o ICP-OES …”.

Menos mal que, casi siempre, después de analizar y discutir más profundamente el problema planteado por el investigador, de evaluar los elementos de interés, los límites de detección requeridos, los problemas de digestión presentes y la idiosincrasia de su experimento, se suele llegar a una solución analítica adecuada, ya sea mediante ICP-MS, TXRF o ambas técnicas simultáneamente y de forma complementaria.

Este miedo o apatía generalizada a probar técnicas alternativas es algo con lo que tenemos que lidiar constantemente en nuestro laboratorio y que relega a la TXRF a un segundo plano para la comunidad científica en general. Pero es curioso que aquellos investigadores que han apostado en algún momento por la TXRF, como herramienta analítica, siempre han regresado a ella como primera opción a la hora de resolver sus nuevos problemas de investigación. A mi esta ultima observación me explica muchas cosas.

Es un hecho que las técnicas y los métodos de análisis que uno encuentra en la búsqueda bibliográfica de como resolver un problema analítico específico es en su mayoría mediante AAS, ICP-OES o ICP-MS, estoy por decir que si también se ha resuelto por TXRF, la proporción sería de 100 a 1 para dichas técnicas. Con estas condiciones de contorno, es totalmente coherente que un investigador, sin relación con la espectrometría de rayos X ni con la TXRF, se cierre en banda y no quiera saber nada de esa técnica rara que el no ha visto por ninguna parte en su búsqueda bibliográfica. Este es uno de los grandes retos de futuro de la TXRF, incrementar su visibilidad y conocimiento, en todos aquellos colectivos potencialmente interesados, aunque ni ellos mismos lo sepan.

Hasta aquí esta primera parte de “situación de lugar” sobre el origen, fundamentos y objetivos del TXRF Workgroup. Cuando pueda encontrar más tiempo continuaré escribiendo sobre ello.

Dr. Ramón Fernández Ruiz

 

Bienvenidos / Wellcome

Ramón Fernández Ruiz_TXRF_SIdI_UAMHola a todos

Con este mi “primer Post” solo quiero daros la bienvenida a este Blog donde pretendo compartir, desde mi punto de vista personal, las novedades y avances que, según mi criterio, sean relevantes en el campo de la Espectrometría de Rayos-X en general y en la Fluorescencia de Rayos X por reflexión Total (TXRF) en particular. No se hasta donde voy a ser capaz de llegar, pero no faltará por mi parte ilusión y ganas en dar a conocer este campo del conocimiento siempre un tanto desconocido. Por supuesto estoy abierto a cualquier ayuda, sugerencia, idea, comentario o crítica constructiva, todas serán bienvenidas.

Hi all

With this my “first Post”, I just want to welcome you to this Blog where I intend to share, from my personal point of view, the innovations and developments arising in the field of X-Ray Spectrometry in general and in the Total reflection X-Ray Fluorescence (TXRF) in particular. I am not sure where I will be able to come but will not fail on my part, enthusiasm and desire to publicize this field of knowledge. Of course I’m open to any help, suggestions, ideas, comments or constructive criticism, all will be welcome

Dr. Ramón Fernández Ruiz

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