Orientador: Maria Izabel Maretti Silveira Bueno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_GiseleGoncalves_D.pdf: 1848402 bytes, checksum: 97da7589f57febbd17ac608c4ed98640 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese de doutorado apresenta uma inovação na química analítica abordando novas aplicações da técnica de fluorescência de raios-X, na qual o espalhamento da radiação X e a quimiometria exercem papel fundamental. Os sinais de espalhamento dos raios X provenientes da interação de diferentes fontes de excitação com amostras essencialmente orgânicas foram avaliados a partir de estudos realizados com um espectrômetro de bancada com tubo de Rh, como também com luz síncrotron, da linha de fluorescência de raios-X do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP, Brasil. Os resultados mostraram diferentes perfis de espalhamento da radiação para as diferentes fontes de excitação empregadas. Uma banda contínua em toda região espectral foi obtida como sinal, no caso do uso da luz síncrotron, e intensos picos em determinadas regiões espectrais caracterizaram os espalhamentos Compton e Rayleigh, quando o tubo de Rh foi utilizado. A alta intensidade da luz síncrotron resolveu os problemas de precisão intermediária observados nas medidas das amostras de álcoois realizadas com tubo de Rh. Em outro estudo, no qual os espectros de XRF de amostras de adoçantes dietéticos e óleos vegetais foram analisados por PCA, os resultados revelaram agrupamentos entre compostos com composições químicas ligeiramente distintas. Nesse caso, o uso do tubo de Rh foi adequado para atingir os objetivos propostos. Nas análises de óleos, a formação dos diversos grupos foi baseada nas variedades de óleos de soja, canola, girassol e milho. Nos testes realizados com adoçantes, os resultados mostraram uma tendência de diferenciação entre as amostras compostas por diferentes edulcorantes, principalmente entre aqueles que contêm ou que não contêm o átomo de enxofre em suas moléculas. O estudo realizado com amostra de urina conclui este trabalho, ressaltando mais uma vantagem do uso da XRF aliada a quimiometria: a possibilidade de realizar quantificações diretas e simultâneas de elementos inorgânicos e compostos orgânicos em amostras líquidas complexas. Nesse caso, um método para determinação de Ca, P, Na, K, Mg, Cl, uréia, glicose e creatinina em amostra de urina é apresentado, no qual os coeficientes de regressão da ordem de 0,99, obtidos para os modelos de calibração dos diferentes analitos, mostram a potencialidade da técnica para ser implementada em laboratórios de rotina. / Abstract: This work presents an innovation in analytical chemistry dealing with new applications of X-ray fluorescence technique in which the X-ray scattering effects and the chemometric tools play essential roles. X-ray scattering spectra resulting from interaction of simple organic samples were obtained with two sources, a common bench top spectrometer equipped with a Rh tube and also with synchrotron radiation (from the XRF beam line of the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP, Brazil). Distinct scattering profiles are observed for both excitation sources: a continuum for synchrotron light and intense peaks related to Compton and Rayleigh effects when a Rh tube is used. After processing the spectra from both sources, it was observed that the high intensity of synchrotron radiation solved the intermediate precision problems found in measuring samples via Rh tube. In another study, the spectra of sweetners and vegetable oils were analysed by XRF with PCA and the results showed distinct groupings for distinct samples. In this case, the Rh source was adequate to reach the objectives. In oil analyses, different groupings are based on the varieties of soybean, corn, canola and sunflower oils. In the case of sweetners, the results show a tendence to diferentiate samples of dissimilar artificial sweetners, especially when the presence of sulfur is of major importance. A study performed with urine samples is the final part of this work, poiting out one more advantage of using X-ray fluorescence with chemometrics, that is, the possibility of simultaneous and direct quantifications of inorganic elements and organic compounds in complex liquid samples. In this case a method for determining Ca, P, Na, K, Mg, Cl, urea, glucose and creatinine is presented with good regression coefficients being obtained for the different analytes. This can be taken as a good indication of the potential of the technique for implementation in routine laboratories. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Izabel M. S. Bueno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henriques_ClaudeteBernardo_M.pdf: 3645834 bytes, checksum: 16d6c77b7c64c77aaf38edbfb3f50d60 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: No mundo inteiro, a demanda por petróleo tem aumentado ao mesmo tempo em que as reservas de petróleos leves têm diminuído drasticamente. Neste cenário, a alternativa de exploração de óleos pesados, principalmente oriundos de águas profundas localizadas em regiões costeiras, tem se intensificado. Esta alternativa altera em muito os procedimentos padrão de refinarias, como também tem exigido uma rápida e confiável forma de caracterização destas amostras, que têm como características principais baixos valores de grau API, alta viscosidade, altos teores de asfaltenos e resinas, assim como a presença de compostos oxigenados, nitrogenados, organometálicos e impurezas oleofóbicas. Para preencher parte desta lacuna, esta dissertação apresenta um novo método analítico, adequado para análises de rotina, baseado na correlação de Espectrometria de Raios-X e alguns dos parâmetros mencionados acima, como determinação do teor de asfaltenos, de metais, de grau API, assim como a classificação dos petróleos em leves e pesados. As correlações são obtidas através de modelamento quimiométrico dos espectros com dados obtidos através de métodos padrão IP 143-1984(89) e/ou ASTM D6560-00 para o teor de asfaltenos, ASTM D 5708-05 e ISO 14597-97(E) para o teor de níquel, vanádio e ferro por ICP (do inglês, inductively coupled plasma) e XRS (do inglês, X-ray Spectrometry), respectivamente. Estes métodos padrão são inadequados para análise de rotina, já que se apresentam, em alguns casos, como laboriosos, demandando tempo, uso exaustivo de reagentes, gerando, portanto, resíduos quase sempre tóxicos. O uso do espalhamento raios X como sinal analítico para a determinação do teor de asfaltenos é fundamental para abrir uma nova perspectiva em se empregar a XRS (do inglês, X-ray Spectrometry) para análise desta propriedade, apresentado resultados que superaram os até então obtidos para correlação com o método de referência IP 143-1984 (89). Os modelos foram obtidos pelas ferramentas PCA (do inglês, Principal Component Analysis) e PLS (do inglês, Partial Least Square Regression), obtendo-se correlações acima de 0,9 entre os valores previstos e medidos pelos métodos padrão. Assim, esta dissertação é pioneira, já que visa incentivar o desenvolvimento de novos trabalhos correlatos / Abstract: In the whole world, the petroleum demand is increasing whereas light oils reserves are deeply decreasing. In this scenery the exploration of off-shore heavy oils in coastal deep waters is urgent. This alternative deeply alters the standard procedures in petroleum refineries and requires fast and reliable sample characterization methods. The samples present as main features low API degrees, high viscosity, high asphaltene and resin contents, the presence of oxygenated, nitronenated and organometallic compouns, as well as oleophobic impurities. To fill a part of this blank, this work shows the development of a new analytical method, nicely applicable to routine, based on the correlation of X-ray Spectrometry (XRS) and some of the parameters mentioned above, as the determination of asphaltene and metal contents, of API degree, as well as the classification of samples as light or heavy petroleums. The correlations are reached through chemometric modelling between the spectra and data obtained by standard methods IP 143-1984(89) and/or ASTM D6560-00 for asphaltene content, ASTM D 5708-05 and ISO 14597-97(E) for nickel, vanadium and iron determinations by ICP (Inductively Coupled Plasma) and XRS (X-ray Spectrometry), respectively. All the standard methods are inadequate for routine analysis, since they are laborious, extremelly reagent- and time-consuming, generating toxic residuals. The use of X-ray scattering as analytical signal to determine asphaltene content is fundamental to open a new perspective in X-ray Spectrometry, showing better performance than reference method (IP 143-1984(89)). The models were obtained by applying chemometric tools, as PCA (Principal Component Analysis) and PLS (Partial Least Square Regression), with correlation coefficients above 0.99 between measured and previewed values. So, this work is pioneer, opening new possibilities for future simultaneous applications in petroleum and co-products characterizations / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Izabel Maretti Silveira Bueno, Kenneth E. Collins / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T13:16:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goraieb_Karen_D.pdf: 3845502 bytes, checksum: a098a9a519d072aa7b424abbad188970 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um método para a análise qualitativa e quantitativa de Al em matrizes com alto teor de Si (aluminossilicatos, por exemplo) utilizando-se a Espectrometria de raios-X aliada aos métodos quimiométricos PCA (análise de componentes principais), e PLS 1 (regressão por mínimos quadrados parciais para uma variável) foi desenvolvido. As amostras estudadas neste projeto foram: amostras-padrão (misturas de Al2O3 e SiO2), fases estacionárias de SiO2 com camada de Al2O3 para cromatografia, cimento Portland e Zeólitos. Primeiro foi feita a otimização do método acerca do tempo de irradiação das amostras e com relação ao pré-tratamento a ser aplicado aos espectros antes da análise quimiométrica. Depois, com o PCA, foi possível observar que há uma tendência em separar as amostras-padrão conforme o teor de Al em 3 subgrupos (alto, médio e baixo). Porém, para as amostras mais complexas, não se observou uma grande influência do Al nas separações dos subgrupos durante uma análise exploratória inicial, porém outras características importantes, tais como, grau de uso (para os zeólitos) e origem (para os cimentos) foram relevantes. Com o PLS 1 foi possível construir modelos de calibração e de validação cruzada para o Al nas amostras-padrão, nos cimentos e nos zeólitos com excelentes coeficientes de correlação de calibração e de validação cruzada ( 0,97), com baixos erros ( 2,21%). Também foi possível construir modelos de calibração e de validação cruzada simultaneamente para outros elementos presentes nas amostras estudadas tais como Si (nas amostras-padrão) e Ca (cimento). Neste caso, tanto as análises empregando PCA como PLS 1 utilizou-se de todo o espectro, incluindo a região de espalhamento da fonte de raios-X / Abstract: A qualitative and quantitative method for Al analysis with high content of Si, (e.g. aluminum-silicates) using X-ray spectrometry allied to the chemometric tools PCA and PLS 1 was developed. The studied samples in this project were: standard samples (a mixture of Al and Si oxides), stationary phases made by SiO2 with a layer of Al2O3 for chromatographic purposes, Portland cement and zeolites. First, the method optimization related to the "irradiation time" and "pre treatment to be employed to the spectra prior to chemometric analysis" was done. Then, using PCA, it is observed that there is a tendency to separate the standard samples according to their Al content in three subgroups (high, medium and low). However, for more complex samples, a high influence of Al in the observed separations was not observed during the initial exploratory analysis but other important information, such as, degree of use (for zeolites) and origin (for cements), was seen. With PLS 1, it was possible to construct the multivariate calibration and cross-validation models for Al in the standard samples, cement and zeolites with excellent calibration and cross-validation correlation coefficient ( 0.97) and with low errors ( 2.21). Also, the construction of multivariate calibration and cross-validation models for other elements present in the studied samples, like Si (for standard samples) and Ca (for cement) were possible. As for PCA analysis and for PLS 1, the whole spectral range, including the scattering portion from the X-ray source, was employed. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

<p>Arsenic (As) is an element that is well known for its toxic capabilities. It is odorless and colorless and is known to contaminate the drinking water of populations in several parts of the world. Routine monitoring of arsenic exposure is usually performed with urine, hair or nail, where samples are collected for laboratory analysis. Arsenic’s strong affinity to keratin rich tissues make skin another possible measurement site, in addition to the latter two tissues mentioned above. In some cases, skin samples are extracted for analysis. This is painful and invasive and is not ideal for <em>in vivo</em> monitoring of arsenic. The ability to quantify elemental concentration non-destructively is the major calling card of x-ray fluorescence (XRF). To that end, work was started on development of XRF detection systems for arsenic. The technique has shown promise for other elements and dramatic improvements in As detection capabilities were previously found when going from a radioisotope-based x-ray source to an x-ray tube based approach.</p> <p>This thesis documents the comparison of three x-ray tube based detection systems intended for the measurement of arsenic in skin. Two benchtop systems were used, with a) extended development of the previously assembled system and b) the first use of a separate detection system. Two handheld x-ray analyzers (portable detection systems) were also investigated in stand mode, where they were attached to a purpose-built mounting stand, provided by the manufacturer, during all analysis. Polyester resin phantoms were used to model arsenic in skin and a nylon backing was used to represent as bulk tissue behind skin. During the course of the work, modifications were made to the laboratory setup associated with the benchtop approaches.</p> <p>A benchtop polychromatic Mo anode x-ray tube based x-ray fluorescence (XRF) detection system was the first system used in this work. Through modifications to the existing design of the system, the lowest minimum detection limit (MDL) achievable was found to be (0.611±0.001) ppm normalized to gross scatter, where ppm is ug of arsenic per gram of dry weight (resin). The measurement time was ~1800 seconds real time. The equivalent (skin) and whole body effective doses delivered were (19±3) uSv and (163±47) uSv respectively. The corresponding direct (un-normalized) MDL was (0.499±0.002) ppm, in agreement with that found previously. Modifications to the system allowed a reduction in the localized effective dose delivered, to achieve this MDL, from (0.64±0.03) uSv previously to (0.14±0.04) uSv here.</p> <p>Next, the current work investigated two handheld x-ray analyzers provided by InnovX. A PiN diode detector based Alpha 4000S model unit (W anode x-ray tube) and a Silicon Drift Detector (SDD) based Delta model (Au anode x-ray tube). Both units were operated in benchtop mode: they were mounted in a stand and a phantom was placed on a kapton exit window. The lowest gross-scatter normalized and direct detection limit with the Alpha 4000S unit was (1.649±0.002) ppm and (1.651±0.002) ppm respectively. The equivalent and whole body effective doses delivered were found to be (9.4±2.2) mSv and (94±22) uSv respectively. The localized effective dose was (6.4±1.5) X 10^-3 uSv. By comparison, the Delta unit produced a gross-scatter and direct normalized detection limit of (0.570±0.002) ppm and (0.558±0.002) ppm respectively. The equivalent dose delivered was found to be (19.0±9.0) mSv. The corresponding localized and whole body effective doses delivered were (9.7±4.6) X 10^-3 uSv and (190±90) uSv respectively.</p> <p>The last system used in the current research was a monochromatic Ag anode x-ray tube based XRF setup. A doubly curved crystal (DCC) was used to select the Ag K-alpha line and focused the beam to a spot size of mm² at the focal length. The phantoms were placed at a farther distance where the beam had expanded to a larger area. The lowest Compton scatter normalized detection limit with the Si(Li) detector was found to be (0.696±0.002) ppm. After characterizing its performance in a range of energies, a silicon drift detector was also used on this system. It had the benefit of higher throughput capabilities and superior resolution. The housing of the detector was sufficiently small that it could be placed closer to the phantom surface than the Si(Li) detector. The lowest Compton-scatter normalized detection limit with the SDD was (0.441±0.003) ppm in 1800 seconds real time. The equivalent dose was found to be (11±2) mSv and the localized and whole body effective doses were found to be (3.92±0.87) X 10^-3 uSv and (110±23) uSv respectively. A significantly lower system dead time was observed with the SDD. Finally, Monte Carlo simulations of the system were performed to evaluate the performance of three ratios when their phantom measurement values were compared against simulations of skin. Results were found to be in agreement to withinin vivo concentration of arsenic in skin (ICRP).</p> <p>Finally, EDXRF measurements were performed on bulk cores of skin, <em>ex vivo</em>. While it was not possible to detect arsenic in the samples, due to the samples being collected from members of the public as opposed to an exposed population, a depth profile of numerous skin samples, starting from the surface and running straight down, was obtained for calcium, iron and copper.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

A dose glandular média é a grandeza utilizada para dosimetria em mamografia. Esta grandeza apresenta grande dependência com propriedades específicas referentes ao tipo de mama a ser avaliada, tais como sua glandularidade e espessura comprimida. Depende também das propriedades do espectro de raios X, tais como a combinação anodo/filtro e a tensão aplicada ao tubo, que modificam a camada semirredutora do feixe. A caracterização do feixe de raios X através da medição direta do seu espectro é um procedimento de alta complexidade e de difícil execução em sistemas de mamografia, devido à arquitetura dos equipamentos e da alta taxa de fluência de fótons característica dos feixes. Estes espectros representam a fonte de informações quantitativas e qualitativas mais completa do feixe. O objetivo geral desse trabalho é estimar distribuições de dose glandular em diferentes profundidades de materiais simuladores de tecido mamário por meio de espectros de raios X medidos em mamógrafos. Para isso, foram utilizadas técnicas radiográficas comumente empregadas na mamografia para o rastreamento do câncer de mama. Foi avaliado o comportamento da dose glandular média normalizada pelo kerma no ar incidente (DgNp) com parâmetros relacionados à mama (glandularidade e espessura) e aos espectros (camada semirredutora, tensão, combinação alvo/filtro). Primeiramente, foi desenvolvida uma metodologia experimental para medição dos espectros de raios X nos mamógrafos. Em seguida, foram propostos os seguintes métodos de cálculo da DgNp utilizando esses espectros: Método I, que calcula a DgNp com espectros incidentes; Método II, que utiliza espectros incidentes e transmitidos para este cálculo e Método III, que usa espectros incidentes e transmitidos para estimar a distribuição de dose em profundidade. Por fim, para efeito de comparação, a distribuição da DgNp também foi estimada utilizando dosímetros termoluminescentes (TLDs). A metodologia desenvolvida para medição de espectros mostrou-se eficaz para posicionamento e alinhamento adequados do detector no feixe e consequentemente a medição dos espectros diretos. Os espectros incidentes experimentais mostraram boa concordância com espectros simulados. Os resultados mostraram uma distribuição bem-comportada desses coeficientes (DgNp), com tendência linear ou exponencial, com relação aos parâmetros analisados. Para um dado espectro, os valores de DgNp apresentaram decrescimento exponencial com a espessura do material simulador ao tecido mamário e dependencia linear com a glandularidade. Além disso, esses coeficientes crescem linearmente com o aumento da camada semirredutora e, consequentemente, com a energia efetiva. A partir das distribuições de DgNp (obtidas pelo Método III) foi possível estimar a dose no volume completo da mama com diferença máxima de 5,2% dos valores obtidos com o Método II. A variação da DgNp com a profundidade obtidas com TLDs mostrou-se bastante coerente com os resultados observados com a utilização do Método III. Conclui-se que é possível avaliar a dose glandular em mamografia utilizando espectros de raios X e que a metodologia proposta tem potencial para ser aplicada como procedimentos alternativos para dosimetria em mamografia. / The mean glandular dose is the quantity used for dosimetry in mammography. This quantity has a strong dependence with some properties of the evaluated breast, such as its glandularity and compressed thickness. It also depends on the X-ray spectrum used for the mammographic image production, such as the target/filter combination and the tube voltage, which are related to the half value layer (HVL) of the beam. The X-ray beam characterization by means of the direct measurement of its spectrum is a complex procedure, and it is difficult to be implemented in clinical systems due to the architecture of the mammography equipment and the high photon fluence rates. These spectra provide a complete qualitative and quantitative information of the X-ray beam. The general objective of this work is to estimate mean glandular dose distributions in different depths of breast tissue-equivalent materials (bTEM) considering the X-ray spectra measured in clinical mammography devices. Radiographic techniques commonly applied for breast cancer screening were used. The behavior of the mean glandular dose normalized to the incident air kerma (DgNp), with parameters related to the breast (glandularity and compressed thickness) and to the mammographic spectra (HVL, tube voltage, target/filter combination), was evaluated. First, an experimental methodology was developed to measure X-ray spectra in clinical mammography devices. Then, the following methods for calculating the DgNp using these spectra were considered: Method I, which calculates the DgNp using the incident spectra; Method II, which uses incident and transmitted spectra by the bTEMs, and Method III, which uses incident and transmitted spectra to estimate the dose distributions in depth of the breast equivalent materials. Finally, thermoluminescent dosimeters (TLDs) were used as a comparative method to evaluate DgNp distributions. The methodology developed for measuring spectra proved to be efficient for the proper positioning and alignment of the detector and, consequently, for the measurement of direct X-ray spectra. The experimental incident spectra showed good agreement with spectra simulated in similar conditions. The results showed well-defined trends (either linear or exponential) of the distributions of these coefficients (DgNp) regarding the analyzed parameters. The DgNp values presented an exponential decay with the bTEM thickness and linear decrease with the glandularity. In addition, these coefficients increase linearly with the increase of the HVL and, consequently, with the increase of the effective energy. From the distributions of DgNp (obtained by Method III) it was possible to estimate the DgNp in the whole breast with a maximum difference of 5.2% from the values obtained using the Method II. The variation of the DgNp with the depth, obtained with TLDs, showed to be consistent with the results observed using the Method III. In conclusion, it is possible to evaluate the glandular dose in mammography examinations using X-ray spectra and the suggested methodology, with some adaptations, can be applied as an alternative procedure for dosimetry in mammography.

No estudo de imagens radiográcas, os parâmetros relacionados ao contraste objeto, SC, razão sinal ruído, SNR, e dose, estão vinculados à forma do espectro de raios X utilizado e seu conhecimento permite predizer e otimizar a qualidade da imagem. Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia que permite obter o espectro de tubos de raios X odontológicos de uso clínico de forma indireta. Esta metodologia é baseada na aplicação de um modelo matemático que utiliza a transformada inversa de Laplace da curva de transmissão do feixe para gerar dados sobre a distribuição espectral do mesmo. Com o auxílio de uma câmara de ionização e ltros alumínio de alta pureza, foram levantadas as curvas de transmissão de 8 tubos de raios X disponíveis comercialmente. Para a validação do método foi realizada a espectrometria direta com detector de telureto de cádmio (CdTe), cuja resposta foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). A partir reconstrução espectral obtida, foram realizados estudos sobre os parâmetros de qualidade de imagem SNR, contraste objeto, SC, KERMA na entrada da pele. O desempenho dos tubos foi avaliado com base na relação entre SNR e KERMA na entrada da pele. Os resultados mostram que é possível determinar a distribuição espectral de tubos de raios X odontológicos com base no método proposto. A relação proposta entre SNR e KERMA na entrada da pele sugere que tubos com fótons de baixa energia possuem baixo rendimento. / In the study of radiographic images, the parameters related to the subject contrast, SC, signal to noise ratio, SNR, and dose, are linked to the shape of the X-ray spectrum used and their knowledge allows to predict and optimize the image quality. In this work we developed a methodology to obtain the spectrum of dental X-ray tubes of clinical usage in an indirety way. This methodology is based on application of a mathematical model that uses the inverse Laplace transform of the attenuation curve to generate data on the spectral distribution of the beam. With the aid of an ionization chamber and high purity aluminum lters, were raised the transmission curves of 8 X-ray tubes that are available commercially. The method validation was performed with direct spectrometry detector cadmium telluride (CdTe), whose response was determined by Monte Carlo simulation (MC). From reconstruction obtained spectral studies were carried out on the parameters of SNR image quality, contrast object, SC, KERMA entrance skin. The performance of the tubes was evaluated based on the relationship between SNR and KERMA entrance skin. The results show that it is possible to determine the spectral distribution of dental X-ray tubes based on the proposed method. The proposed relationship between SNR and KERMA entrance skin suggests that tubes with low energy photons have a low performance.

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. / This paper presents procedures for characterization of a commercial system for portable X-Ray Fluorescence energy dispersive, the ARTAX 200, along with its calibration process. The system consists of an X-ray tube with molybdenum anode and a Silicon Drift Detector XFlash cooled by Peltier effect. The procedure for the characterization of the system was conducted using a reference sample containing Iron Chromium. We also used the certified samples (National Bureau of Standards) D840, D845, D846, D847 and D849 to perform the calibration of the system. The calibration process was conducted by three different methods: Methodology 1, Methodology 2 and Methodology 3, to evaluate them which present better results. The characterization system ARTAX 200 was performed by running stability tests of the X-ray tube, repeatability, reproducibility, resolution in energy of the system, limit of detection and verification of the geometric center of the beam. The results of the stability tests showed an average coefficient of variation of less than 2% repeatability test showed average values lower than 0.5%. The reproducibility showed a coefficient of variation of less than 1.5% which. The verification of the geometric center is aligned with the center of the great beam in two of the three directions of the Cartesian plane. The energy resolution of the system presented to the energy of 5.9 keV a resolution of 150 eV. The detection limit values were less than 1% of the Cu Si. In evaluating methodology for calibrating the best result was obtained with the methodology 3. Comparing the results with other portable XRF systems shows that the ARTAX 200 presents superior efficiency with respect to the parameters analyzed.

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. / This paper presents procedures for characterization of a commercial system for portable X-Ray Fluorescence energy dispersive, the ARTAX 200, along with its calibration process. The system consists of an X-ray tube with molybdenum anode and a Silicon Drift Detector XFlash cooled by Peltier effect. The procedure for the characterization of the system was conducted using a reference sample containing Iron Chromium. We also used the certified samples (National Bureau of Standards) D840, D845, D846, D847 and D849 to perform the calibration of the system. The calibration process was conducted by three different methods: Methodology 1, Methodology 2 and Methodology 3, to evaluate them which present better results. The characterization system ARTAX 200 was performed by running stability tests of the X-ray tube, repeatability, reproducibility, resolution in energy of the system, limit of detection and verification of the geometric center of the beam. The results of the stability tests showed an average coefficient of variation of less than 2% repeatability test showed average values lower than 0.5%. The reproducibility showed a coefficient of variation of less than 1.5% which. The verification of the geometric center is aligned with the center of the great beam in two of the three directions of the Cartesian plane. The energy resolution of the system presented to the energy of 5.9 keV a resolution of 150 eV. The detection limit values were less than 1% of the Cu Si. In evaluating methodology for calibrating the best result was obtained with the methodology 3. Comparing the results with other portable XRF systems shows that the ARTAX 200 presents superior efficiency with respect to the parameters analyzed.

A dose glandular média é a grandeza utilizada para dosimetria em mamografia. Esta grandeza apresenta grande dependência com propriedades específicas referentes ao tipo de mama a ser avaliada, tais como sua glandularidade e espessura comprimida. Depende também das propriedades do espectro de raios X, tais como a combinação anodo/filtro e a tensão aplicada ao tubo, que modificam a camada semirredutora do feixe. A caracterização do feixe de raios X através da medição direta do seu espectro é um procedimento de alta complexidade e de difícil execução em sistemas de mamografia, devido à arquitetura dos equipamentos e da alta taxa de fluência de fótons característica dos feixes. Estes espectros representam a fonte de informações quantitativas e qualitativas mais completa do feixe. O objetivo geral desse trabalho é estimar distribuições de dose glandular em diferentes profundidades de materiais simuladores de tecido mamário por meio de espectros de raios X medidos em mamógrafos. Para isso, foram utilizadas técnicas radiográficas comumente empregadas na mamografia para o rastreamento do câncer de mama. Foi avaliado o comportamento da dose glandular média normalizada pelo kerma no ar incidente (DgNp) com parâmetros relacionados à mama (glandularidade e espessura) e aos espectros (camada semirredutora, tensão, combinação alvo/filtro). Primeiramente, foi desenvolvida uma metodologia experimental para medição dos espectros de raios X nos mamógrafos. Em seguida, foram propostos os seguintes métodos de cálculo da DgNp utilizando esses espectros: Método I, que calcula a DgNp com espectros incidentes; Método II, que utiliza espectros incidentes e transmitidos para este cálculo e Método III, que usa espectros incidentes e transmitidos para estimar a distribuição de dose em profundidade. Por fim, para efeito de comparação, a distribuição da DgNp também foi estimada utilizando dosímetros termoluminescentes (TLDs). A metodologia desenvolvida para medição de espectros mostrou-se eficaz para posicionamento e alinhamento adequados do detector no feixe e consequentemente a medição dos espectros diretos. Os espectros incidentes experimentais mostraram boa concordância com espectros simulados. Os resultados mostraram uma distribuição bem-comportada desses coeficientes (DgNp), com tendência linear ou exponencial, com relação aos parâmetros analisados. Para um dado espectro, os valores de DgNp apresentaram decrescimento exponencial com a espessura do material simulador ao tecido mamário e dependencia linear com a glandularidade. Além disso, esses coeficientes crescem linearmente com o aumento da camada semirredutora e, consequentemente, com a energia efetiva. A partir das distribuições de DgNp (obtidas pelo Método III) foi possível estimar a dose no volume completo da mama com diferença máxima de 5,2% dos valores obtidos com o Método II. A variação da DgNp com a profundidade obtidas com TLDs mostrou-se bastante coerente com os resultados observados com a utilização do Método III. Conclui-se que é possível avaliar a dose glandular em mamografia utilizando espectros de raios X e que a metodologia proposta tem potencial para ser aplicada como procedimentos alternativos para dosimetria em mamografia. / The mean glandular dose is the quantity used for dosimetry in mammography. This quantity has a strong dependence with some properties of the evaluated breast, such as its glandularity and compressed thickness. It also depends on the X-ray spectrum used for the mammographic image production, such as the target/filter combination and the tube voltage, which are related to the half value layer (HVL) of the beam. The X-ray beam characterization by means of the direct measurement of its spectrum is a complex procedure, and it is difficult to be implemented in clinical systems due to the architecture of the mammography equipment and the high photon fluence rates. These spectra provide a complete qualitative and quantitative information of the X-ray beam. The general objective of this work is to estimate mean glandular dose distributions in different depths of breast tissue-equivalent materials (bTEM) considering the X-ray spectra measured in clinical mammography devices. Radiographic techniques commonly applied for breast cancer screening were used. The behavior of the mean glandular dose normalized to the incident air kerma (DgNp), with parameters related to the breast (glandularity and compressed thickness) and to the mammographic spectra (HVL, tube voltage, target/filter combination), was evaluated. First, an experimental methodology was developed to measure X-ray spectra in clinical mammography devices. Then, the following methods for calculating the DgNp using these spectra were considered: Method I, which calculates the DgNp using the incident spectra; Method II, which uses incident and transmitted spectra by the bTEMs, and Method III, which uses incident and transmitted spectra to estimate the dose distributions in depth of the breast equivalent materials. Finally, thermoluminescent dosimeters (TLDs) were used as a comparative method to evaluate DgNp distributions. The methodology developed for measuring spectra proved to be efficient for the proper positioning and alignment of the detector and, consequently, for the measurement of direct X-ray spectra. The experimental incident spectra showed good agreement with spectra simulated in similar conditions. The results showed well-defined trends (either linear or exponential) of the distributions of these coefficients (DgNp) regarding the analyzed parameters. The DgNp values presented an exponential decay with the bTEM thickness and linear decrease with the glandularity. In addition, these coefficients increase linearly with the increase of the HVL and, consequently, with the increase of the effective energy. From the distributions of DgNp (obtained by Method III) it was possible to estimate the DgNp in the whole breast with a maximum difference of 5.2% from the values obtained using the Method II. The variation of the DgNp with the depth, obtained with TLDs, showed to be consistent with the results observed using the Method III. In conclusion, it is possible to evaluate the glandular dose in mammography examinations using X-ray spectra and the suggested methodology, with some adaptations, can be applied as an alternative procedure for dosimetry in mammography.

No estudo de imagens radiográcas, os parâmetros relacionados ao contraste objeto, SC, razão sinal ruído, SNR, e dose, estão vinculados à forma do espectro de raios X utilizado e seu conhecimento permite predizer e otimizar a qualidade da imagem. Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia que permite obter o espectro de tubos de raios X odontológicos de uso clínico de forma indireta. Esta metodologia é baseada na aplicação de um modelo matemático que utiliza a transformada inversa de Laplace da curva de transmissão do feixe para gerar dados sobre a distribuição espectral do mesmo. Com o auxílio de uma câmara de ionização e ltros alumínio de alta pureza, foram levantadas as curvas de transmissão de 8 tubos de raios X disponíveis comercialmente. Para a validação do método foi realizada a espectrometria direta com detector de telureto de cádmio (CdTe), cuja resposta foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). A partir reconstrução espectral obtida, foram realizados estudos sobre os parâmetros de qualidade de imagem SNR, contraste objeto, SC, KERMA na entrada da pele. O desempenho dos tubos foi avaliado com base na relação entre SNR e KERMA na entrada da pele. Os resultados mostram que é possível determinar a distribuição espectral de tubos de raios X odontológicos com base no método proposto. A relação proposta entre SNR e KERMA na entrada da pele sugere que tubos com fótons de baixa energia possuem baixo rendimento. / In the study of radiographic images, the parameters related to the subject contrast, SC, signal to noise ratio, SNR, and dose, are linked to the shape of the X-ray spectrum used and their knowledge allows to predict and optimize the image quality. In this work we developed a methodology to obtain the spectrum of dental X-ray tubes of clinical usage in an indirety way. This methodology is based on application of a mathematical model that uses the inverse Laplace transform of the attenuation curve to generate data on the spectral distribution of the beam. With the aid of an ionization chamber and high purity aluminum lters, were raised the transmission curves of 8 X-ray tubes that are available commercially. The method validation was performed with direct spectrometry detector cadmium telluride (CdTe), whose response was determined by Monte Carlo simulation (MC). From reconstruction obtained spectral studies were carried out on the parameters of SNR image quality, contrast object, SC, KERMA entrance skin. The performance of the tubes was evaluated based on the relationship between SNR and KERMA entrance skin. The results show that it is possible to determine the spectral distribution of dental X-ray tubes based on the proposed method. The proposed relationship between SNR and KERMA entrance skin suggests that tubes with low energy photons have a low performance.