ISO/FDIS 22940

Solid recovered fuels -- Determination of elemental composition by X-ray fluorescence

Combustibles solides de récupération -- Détermination de la composition élémentaire par fluorescence de rayons X

General Information

• Status: Published
• ICS: 75.160.10 - Solid fuels
• Technical Committee: ISO/TC 300 - Solid recovered materials, including solid recovered fuels
• Drafting Committee: ISO/TC 300/WG 5 - Chemical tests and determination of biomass content
• Current Stage: 5020 - FDIS ballot initiated: 2 months. Proof sent to secretariat
• Start Date: 20-May-2021
• Completion Date: 20-May-2021

Standards Content (sample)

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 22940
ISO/TC 300
Solid recovered fuels — Determination
Secretariat: SFS
of elemental composition by X-ray
Voting begins on:
2021­05­20 fluorescence
Voting terminates on:
Combustibles solides de récupération — Détermination de la
2021­07­15
composition élémentaire par fluorescence de rayons X
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO­
ISO/FDIS 22940:2021(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN­
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2021
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
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© ISO 2021

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Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and abbreviated terms ........................................................................................................................................................... 3

4.1 Symbols ......................................................................................................................................................................................................... 3

4.2 Abbreviated terms ............................................................................................................................................................................... 4

5 Safety remarks ........................................................................................................................................................................................................ 4

6 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 4

7 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 4

8 Interferences and sources of error .................................................................................................................................................... 5

9 Sample preparation ........................................................................................................................................................................................... 5

9.1 Preparation principles ...................................................................................................................................................................... 5

9.2 Drying of general analysis sample material ................................................................................................................... 5

9.3 Preparation of pressed pellet ..................................................................................................................................................... 6

10 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 6

10.1 Analytical measurement conditions ..................................................................................................................................... 6

10.1.1 Wavelength­dispersive instruments ............................................................................................................... 6

10.1.2 Energy-dispersive instruments ........................................................................................................................... 7

10.1.3 Intensities and background corrections ...................................................................................................... 7

10.2 Calibration .................................................................................................................................................................................................. 8

10.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

10.2.2 General calibration procedure ............................................................................................................................. 8

10.2.3 Calibration procedure using the pressed pellet method (recommended method) 9

10.3 Procedures for correcting matrix effects .......................................................................................................................10

10.3.1 General...................................................................................................................................................................................10

10.3.2 Internal standard correction using Compton (incoherent) scattering method .....10

10.3.3 Fundamental parameter approach ...............................................................................................................10

10.3.4 Fundamental or theoretical influence coefficient method .......................................................10

10.3.5 Empirical alpha correction .................. .................................................................................................................11

10.4 Analysis of the samples .................................................................................................................................................................11

11 Quality control .....................................................................................................................................................................................................12

11.1 Drift correction procedure .........................................................................................................................................................12

11.2 Reference materials and quality control samples .................................................................................................12

12 Calculation of the result .............................................................................................................................................................................12

13 Performance characteristics .................................................................................................................................................................13

14 Test report ................................................................................................................................................................................................................13

Annex A (informative) Publicly available solid recovered fuel reference materials .......................................14

Annex B (informative) Validation .........................................................................................................................................................................15

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................35

© ISO 2021 – All rights reserved iii
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non­governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 300, Solid recovered materials, including

solid recovered fuels, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)

Technical Committee CEN/TC 343, Solid Recovered Fuels, in accordance with the Agreement on technical

cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
Introduction

X-ray fluorescence spectrometry can be used as a fast method for a qualitative overview of ash forming

elements and impurities. When calibration is based on reference materials or on matrix-matched

homogeneous solid recovered fuel samples with known content, X-ray fluorescence spectrometry can

be used for a quantitative analysis of the total content of the specified elements within different solid

recovered fuels.

The quality of the results obtained depends very closely on the type of instrument used, e.g. bench

top or high performance, energy-dispersive or wavelength-dispersive instruments. When selecting a

specific instrument, several factors need to be considered, such as the matrices to be analysed, elements

to be determined, detection limits required and the measuring time.

Due to the wide range of matrix compositions and the lack of suitable reference materials in the case

of solid recovered fuels from various origin, it is generally difficult to set up a calibration with matrix-

matched reference materials. Therefore, it is important to use several homogenized solid recovered fuel

samples with properties that sufficiently match the matrices of interest and whose content has been

derived by independent measurement techniques, for example total digestion of solid recovered fuels

and characterization of major and minor elements by measurement of digestion solutions with ICP-MS

or ICP-OES, or by other techniques such as elemental analysis using combustion technology on sulfur or

by combustion and ion chromatographic determination for chlorine.
This document describes two different procedures:

1) Quantitative analytical procedure for major elements of solid recovered fuels. The calibration is

based on different reference materials and solid recovered fuel samples with known content.

The elements described as major elements of solid recovered fuels are in fact major elements of the

fuel ashes more than of the fuels. The determination of these elements can be helpful to predict the

melting behaviour and slagging of the ashes. Moreover, contamination of fuel with sand or soil is

indicated by high values of several elements.

2) Total element characterization at a semiquantitative level for major and minor elements of solid

recovered fuels. The calibration is based on matrix-independent calibration curves, previously set

up by the manufacturer.

In general, the sensitivity of X-ray fluorescence is not sufficient for a determination of the content of

minor elements (trace metals) in solid recovered fuels. However, it is possible to use determination

of minor elements after calibration with solid recovered fuel samples with known content or at a

semiquantitative level based on matrix-independent calibration curves to collect data for higher

sample numbers, taking into account lower achievable precision. Therefore, it may be used to

reveal excessive contents of minor elements in solid recovered fuels.
© ISO 2021 – All rights reserved v
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 22940:2021(E)
Solid recovered fuels — Determination of elemental
composition by X-ray fluorescence
1 Scope

This document specifies the procedure for a determination of major and minor element concentrations

in solid recovered fuel material by energy-dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) spectrometry

or wavelength-dispersive X-ray fluorescence (WDXRF) spectrometry using a calibration with

solid recovered fuel reference materials or solid recovered fuel samples with known content. A

semiquantitative determination can be carried out using matrix independent standards.

This document is applicable to the following elements: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,

Ni, Cu, Zn, As, Br, Mo, Cd, Sb, Sn, Tl and Pb. Concentration levels between approximately 0,000 1 % and

100 % can be determined depending on the element, the calibration materials used and the instrument

used.

NOTE X-ray fluorescence spectrometry can be used as a fast method for a qualitative overview of elements

and impurities and after suitable calibration it is very useful for determining major elements or even minor

elements (except Hg) in order to quickly identify increased concentrations of minor elements in solid recovered

fuels (SRF), for example during SRF-production.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 21637, Solid recovered fuels — Vocabulary
ISO 21646, Solid recovered fuels — Sample preparation

ISO 21660­3, Solid recovered fuels — Determination of moisture content using the oven dry method —

Part 3: Moisture in general analysis sample
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 21637 and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
absorption edge
abrupt change in mass absorption coefficient at a specific wavelength or energy
3.2
absorption

loss of intensity of X-rays due to isotropic and homogenous material, as described by the Beer-Lambert

law
1) Under preparation. Stage at the time of publication: ISO/DIS 21646:2021.
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
3.3
analytical line

specific characteristic X-ray spectral line of the atom or ion of the analyte used for determination of the

analyte content
3.4
continuous radiation (Bremsstrahlung)

electromagnetic radiation produced by the acceleration of a charged particle, such as an electron, when

deflected by another charged particle, such as an atomic nucleus
3.5
Compton line

spectral line due to incoherent scattering (Compton effect), occurring when the incident X-ray photon

strikes an atom without promoting fluorescence

Note 1 to entry: Energy is lost in the collision and, therefore, the resulting scattered X-ray photon is of lower

energy than the incident X-ray photon.
3.6
drift correction monitors
physically stable samples used to correct for instrumental drift
3.7
emitted radiation
emitted sample X-rays

radiation emitted by sample consisting of X-ray fluorescence radiation (3.13) and scattered primary

X-rays (3.11)
3.8
mass absorption coefficient

constant describing the fractional decrease in the intensity of a beam of X-radiation as it passes through

an absorbing medium
Note 1 to entry: It is expressed in cm /g.

Note 2 to entry: The mass absorption coefficient is a function of the wavelength of the absorbed radiation and the

atomic number of the absorbing element.
3.9
powder sample
analyte sample submitted as a powder for direct measurement in the sample cup
3.10
pressed pellet
analyte sample prepared by pressing milled material into a disk
3.11
primary X-rays
X-rays by which the sample is radiated
3.12
quality control sample

stable sample with known contents, for example (certified) reference material (CRM) or homogenized

solid recovered fuel samples from known origin whose contents have been derived by independent

analysis used to monitor instrument and calibration performance
3.13
X-ray fluorescence radiation

emission of characteristic X-rays from a sample that has been bombarded by high-energy X-rays or

gamma rays
2 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
Al aluminium
As arsenic
Br bromine
Ca calcium
Cd cadmium
Cl chlorine
Co cobalt
Cr chromium
Cu copper
Fe iron
K potassium
Mg magnesium
Mn manganese
Mo molybdenum
Na sodium
Ni nickel
P phosphorus
Pb lead
S sulfur
Sb antimony
Si silicon
Sn tin
Ti titanium
Tl thallium
V vanadium
Zn zinc
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
4.2 Abbreviated terms
EDXRF energy-dispersive x-ray fluorescence
MCA multi-channel analyser
WDXRF wavelength-dispersive x-ray fluorescence
5 Safety remarks

The organization shall be aware of applicable legal requirements relating to the X-ray fluorescence

spectrometer.

The person responsible for managing or supervising the operation of X-ray equipment shall provide

evidence of their knowledge of national regulations relating to radiation protection.

6 Principle

After a suitable preparation, the sample is introduced into an XRF-spectrometer and excited by primary

X-rays. The intensities of the secondary fluorescent energy lines specific for each element are measured

and the elemental composition of the sample is determined by reference to previously established

calibration graphs or equations and applying corrections for inter-element effects. The calibration

equations and inter-element corrections are established using pure reagents and/or series of internal

or reference materials, provided that they meet all the requirements of the relevant preparation

technique.
7 Apparatus

7.1 X-ray fluorescence spectrometer, which shall be able to analyse the elements according to the

scope of this document. The following types of X-ray fluorescence spectrometers are applicable:

— EDXRF spectrometer that achieves the dispersion of the emitted X-ray fluorescence radiation by an

energy-dispersive detector;

— WDXRF spectrometer that achieves the dispersion of the emitted X-ray fluorescence radiation by

diffraction by a crystal or a synthetic multilayer.
The spectrometer consists of the following components:
— primary X-ray source, an X-ray tube with a high-voltage generator;
— sample holder;
— detector unit including electronic equipment;

— source modifiers to modify the shape or intensity of the source spectrum or the beam shape (e.g.

source filters, secondary targets, polarizing targets, collimators, focusing optics).

The detector unit is different for WDXRF and for EDXRF spectrometers. WDXRF spectrometers take

advantage of the dispersion of the emitted radiation by diffraction by a crystal or a synthetic multilayer.

The detector does not need to be capable of energy discrimination. EDXRF spectrometers use an

energy-dispersive detector. Pulses of current from the detector, which are a measure of the energy of

the incoming X-rays, are segregated into channels according to energy using an MCA.

NOTE 1 The use of a high-energy X-ray tube increases the potential for losses of volatile analytes from samples

by heating in the spectrometer during analysis.
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ISO/FDIS 22940:2021(E)

NOTE 2 The new generation of EDXRF spectrometers takes advantage of the polarizing target theory. The

excitation is performed by polarized radiation. The emitted X-ray fluorescence radiation is detected along the

direction of polarization, resulting in a significant decrease of the background scattering, therefore lower limits

of detection can be achieved (comparable to WDXRF).

7.2 Pellet press, capable of providing a pressure of at least 30 kN. The pellet press may be a cold press

or a hot mould press, operating at temperatures not exceeding 180 °C.
8 Interferences and sources of error

Interferences in X-ray fluorescence spectrometry are due to spectral line overlaps, matrix effects,

spectral artefacts and particle size or mineralogical effects.

Spectral line overlaps occur when an analytical line cannot be resolved from the line of a different

element. Corrections for these interferences are made using the algorithms provided with the

instrument software.

Matrix effects occur when the X-ray fluorescence radiation from the analyte element is absorbed or

enhanced by other elements in the sample before it reaches the detector. In the case of complex matrices,

these effects generally shall be corrected. The correction procedure depends on the X-ray fluorescence

spectrometry system (EDXRF or WDXRF) and the apparatus type itself.

Spectral artefacts, for example escape peaks, sum peaks, pulse pile up lines, dead time and continuous

radiation (Bremsstrahlung) correction, are accounted for by the provided instrument software.

Spectral artefacts differ for energy-dispersive and wavelength-dispersive XRF spectrometry.

9 Sample preparation
9.1 Preparation principles

The sample preparation is very critical for XRF analysis of solid recovered fuels. The quality of sample

preparation strongly influences the accuracy of the results. The following different options exist:

— For quantitative analysis of solid recovered fuel samples, the preparation of pressed pellets from

prepared general analysis sample material is recommended.

— For semiquantitative analysis of solid recovered fuels, the general analysis material may be used

directly (in powder form); concerning samples of solid recovered fuel pellets, the original pellets may

be used directly without any sample preparation. It may be used to provide fast basic information

about the approximate composition of a sample. Similar results can be obtained using portable XRF

instruments for field analysis.

For a given calibration, the same preparation method shall be used throughout, for both samples and

standards.

For precise quantitative measurements, homogeneous and representative test portions are necessary.

The nominal top size of the material shall be 0,5 mm or less, following the procedure according to

ISO 21646.
9.2 Drying of general analysis sample material

Dry a sufficient amount of general analysis sample material in accordance with ISO 21660-3 immediately

before pressing pellets for XRF-analysis.

NOTE Concerning some XRF instruments, the applied vacuum will dry the general analysis sample material

during the determination, giving the same results as if the sample had been previously dried.

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ISO/FDIS 22940:2021(E)
9.3 Preparation of pressed pellet

A pellet is prepared in the pellet press (7.2). Before pressing, the sample shall be mixed and homogenized.

Use the same weight for any single set of standards and samples and add binder (e.g. wax or liquid

organic binder), if necessary.
For the preparation, follow the manufacturer’s instructions.

NOTE 1 Different binders can be used. In the case of organic liquid binders (approximately 0,6 % weight of

sample) the pressed pellet will be placed in an oven at between 70 and 100 °C for a minimum of 10 minutes

to evaporate the organic solvent or for the formation of long chain polymers formed by heating (e.g. PVP-

methylcellulose binders).

NOTE 2 In the case of wax binder, the ratio of the sample weight to wax is around 10:1.

10 Procedure
10.1 Analytical measurement conditions
10.1.1 Wavelength-dispersive instruments
10.1.1.1 General

The analytical lines to be used and suggested operating conditions are given in Table 1. The settings

strongly depend on the spectrometer configuration, e.g. the type of X-ray tube (Rh, Cr), tube power,

available crystals and type of collimators. The instrument manufacturer’s recommendations should be

followed in all cases.
10.1.1.2 Intensities and background corrections

For the determination of trace elements, the measured intensities shall be background corrected. The

measured background positions should be free of spectral line interferences. The net peak intensity, I ,

expressed as the number of counts per second of the element of interest (i), is calculated as the

difference between the measured peak intensity of the element and the background intensity, as given

in Formula (1):
II=− I (1)
where

is the count rate of the element i, expressed as the number of counts per second;

is the background count rate of the element i with no analyte present, expressed as the number

of counts per second.
10.1.1.3 Counting time

The minimum counting time is the time necessary to achieve an uncertainty (2σ ) which is less than

the desired precision of the measurement. Choose a reference material or quality control sample with a

concentration level in the middle of the working range and measure the count rate. The counting time

for each element can be calculated according to Formula (2):
TI=×10021σ − I (2)
()()
%p b
where
6 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/FDIS 22940:2021(E)
is the total counting time for the peaks and background, expressed in seconds;

is the relative target precision at a confidence level of 95 %, expressed as a percentage.

10.1.2 Energy-dispersive instruments

The analytical lines to be used and suggested operating conditions are given in Table 1. The settings

strongly depend on the spectrometer configuration, e.g. type of X-ray tube (Rh, Pd), tube power,

available targets and types of filters. The instrument manufacturer’s recommendations should be

followed in all cases.
10.1.3 Intensities and background corrections

Deconvolution of the spectra and background correction are needed when analysing samples with

overlapping lines. Usually, XRF instruments are supplied with a specific software module for that

purpose.

Table 1 — Suggested analytical lines, spectral line overlaps and correction methods

Element Line Spectral line overlap Type of matrix correction method
Na Kα ZnLβ Alpha or FP
Mg Kα AsLα Alpha or FP
Al Kα BrLα Alpha or FP
Si Kα Alpha or FP
...

PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 22940
ISO/TC 300
Combustibles solides de
Secrétariat: SFS
récupération — Détermination de
Début de vote:
2021-05-20 la composition élémentaire par
fluorescence de rayons X
Vote clos le:
2021-07-15
Solid recovered fuels — Determination of elemental composition by
X-ray fluorescence
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
TRAITEMENT PARALLÈLE ISO/CEN
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 22940:2021(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
TION NATIONALE. ISO 2021
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ISO/FDIS 22940:2021(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

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Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 22940:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles et abréviations ............................................................................................................................................................................. 3

4.1 Symboles ...................................................................................................................................................................................................... 3

4.2 Abréviations .............................................................................................................................................................................................. 4

5 Consignes de sécurité ...................................................................................................................................................................................... 4

6 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 4

7 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 4

8 Interférences et sources d'erreur ....................................................................................................................................................... 5

9 Préparation des échantillons .................................................................................................................................................................. 5

9.1 Principes de préparation ................................................................................................................................................................ 5

9.2 Séchage du matériau échantillon pour analyse générale ................................................................................... 6

9.3 Préparation des pastilles pressées ........................................................................................................................................ 6

10 Mode opératoire.................................................................................................................................................................................................... 6

10.1 Conditions analytiques de mesure ......................................................................................................................................... 6

10.1.1 Spectromètres à dispersion de longueur d'onde ................................................................................. 6

10.1.2 Spectromètres à dispersion d'énergie........................................................................................................... 7

10.1.3 Intensités et corrections du bruit de fond ................................................................................................. 7

10.2 Étalonnage .................................................................................................................................................................................................. 9

10.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 9

10.2.2 Méthode générale d'étalonnage ......................................................................................................................... 9

10.2.3 Mode opératoire d'étalonnage utilisant la méthode des pastilles pressées

(méthode recommandée) .....................................................................................................................................10

10.3 Méthodes de correction des effets de matrice ..........................................................................................................11

10.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................11

10.3.2 Correction par étalon interne utilisant la méthode de diffusion

(incohérente) Compton ...........................................................................................................................................11

10.3.3 Approche des paramètres fondamentaux ...............................................................................................11

10.3.4 Méthode du coefficient d'influence fondamental ou théorique ...........................................12

10.3.5 Correction alpha empirique ................................................................................................................................12

10.4 Analyse des échantillons .............................................................................................................................................................13

11 Contrôle qualité ..................................................................................................................................................................................................13

11.1 Méthode de correction de la dérive ...................................................................................................................................13

11.2 Matériaux de référence et témoins de contrôle qualité ....................................................................................13

12 Calcul du résultat ..............................................................................................................................................................................................14

13 Caractéristiques de performance ....................................................................................................................................................14

14 Rapport d'essai ...................................................................................................................................................................................................14

Annexe A (informative) Matériaux de référence de combustibles solides de récupération

disponibles publiquement ......................................................................................................................................................................15

Annexe B (informative) Validation ......................................................................................................................................................................16

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................37

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ISO/FDIS 22940:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 300, Matières solides de récupération,

y compris les combustibles solides de récupération, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 343,

Combustibles solides de récupération du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à

l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).

Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent

document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l'adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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ISO/FDIS 22940:2021(F)
Introduction

La spectrométrie de fluorescence X peut être utilisée pour obtenir rapidement une vue générale

qualitative des éléments et impuretés conduisant à la formation de cendres. Lorsque l'étalonnage

est basé sur des matériaux de référence ou des échantillons homogènes de combustible solide de

récupération correspondant à la matrice dont la teneur est connue, la spectrométrie de fluorescence X

peut être utilisée pour une analyse quantitative de la teneur totale des éléments spécifiés dans

différents combustibles solides de récupération.

La qualité des résultats obtenus dépend énormément du type d'appareillage employé, par exemple

spectromètre de faible encombrement ou appareillage haute performance, à dispersion d'énergie ou à

dispersion de longueur d'onde. Lors du choix d'un spectromètre, plusieurs facteurs doivent être pris en

considération, comme le type des matrices à analyser, les éléments à déterminer, les limites de détection

requises et la durée de mesure.

Du fait de la grande diversité des compositions de matrice et du manque de matériaux de référence

adaptés pour les combustibles solides de récupération d'origines diverses, il est souvent difficile

d'établir un étalonnage avec des matériaux de référence correspondant à la matrice. Il est donc

important d'utiliser plusieurs échantillons homogénéisés de combustibles solides de récupération

présentant des propriétés qui correspondent suffisamment aux matrices d'intérêt et dont la teneur a

été déterminée par des techniques de mesurage indépendantes, par exemple la digestion totale des

combustibles solides de récupération et la caractérisation des éléments majeurs et mineurs par le

mesurage des solutions de digestion par ICP-MS ou ICP-OES ou par d'autres techniques comme l'analyse

élémentaire à l'aide de la technologie de combustion sur soufre ou par combustion puis détermination

par chromatographie ionique pour le chlore.
Le présent document décrit deux méthodes différentes:

1) Méthode analytique quantitative pour les éléments majeurs des combustibles solides de

récupération. L'étalonnage s'appuie sur différents matériaux de référence et échantillons de

combustibles solides de récupération dont la teneur est connue.

Les éléments qualifiés d'éléments majeurs des combustibles solides de récupération sont en

réalité bien plus les éléments majeurs des cendres de combustible que ceux des combustibles. La

détermination de ces éléments peut aider à prédire le comportement de fusion et de scorification des

cendres. De plus, des teneurs élevées de certains éléments mettent en évidence une contamination

du combustible par du sable ou de la terre;

2) Caractérisation élémentaire totale à un niveau semi-quantitatif pour les éléments majeurs et

mineurs des combustibles solides de récupération. L'étalonnage est basé sur des droites d'étalonnage

ne dépendant pas de la matrice, préalablement établies par le fabricant du spectromètre.

En général, la sensibilité de la fluorescence X n'est pas suffisante pour la détermination de la

teneur des éléments mineurs (traces de métaux) dans les combustibles solides de récupération.

Toutefois, il est possible d'utiliser la détermination des éléments mineurs après étalonnage avec

des échantillons de combustibles solides de récupération dont la teneur est connue ou à un niveau

semi-quantitatif fondé sur des courbes d'étalonnage indépendantes de la matrice pour collecter des

données pour des nombres d'échantillons plus importants en tenant compte d'un niveau de fidélité

moindre. Il est donc admis d'effectuer une détermination pour révéler des teneurs excessives des

éléments mineurs dans les combustibles solides de récupération.
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 22940:2021(F)
Combustibles solides de récupération — Détermination de
la composition élémentaire par fluorescence de rayons X
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie la méthode de détermination des concentrations d'éléments majeurs et

mineurs dans un matériau de combustible solide de récupération par spectrométrie de fluorescence X

à dispersion d'énergie (EDXRF) ou par spectrométrie de fluorescence X à dispersion de longueur

d'onde (WDXRF) à partir d'un étalonnage avec des matériaux de référence ou des échantillons de

combustibles solides de récupération dont la teneur est connue. Une détermination semi-quantitative

peut être effectuée en utilisant des étalons ne dépendant pas de la matrice.

Le présent document s'applique aux éléments suivants: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,

Ni, Cu, Zn, As, Br, Mo, Cd, Sb, Sn, Tl et Pb. Il est possible de déterminer des niveaux de concentration

de l'ordre de 0,000 1 % et 100 % en fonction de l'élément, des matériaux d'étalonnage employés et du

spectromètre utilisé.

NOTE La spectrométrie de fluorescence X peut être utilisée pour obtenir rapidement une vue générale

qualitative des éléments et impuretés et, après un étalonnage approprié, se révèle très utile pour déterminer

les éléments majeurs ou même les éléments mineurs (sauf le Hg) afin d'identifier rapidement les concentrations

accrues d'éléments mineurs dans les combustibles solides de récupération(CRF) (par exemple, lors de la

production de CSR).
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).
ISO 21637, Combustibles solides de récupération — Vocabulaire
ISO 21646, Combustibles solides de récupération — Préparation des échantillons

ISO 21660-3, Combustibles solides de récupération — Détermination de l'humidité par la méthode de

séchage à l'étuve — Partie 3: Humidité de l'échantillon pour analyse générale
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 21637 ainsi que les

suivants s'appliquent.

L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
saut d'absorption

brusque variation du coefficient d'absorption massique à une longueur d'onde ou énergie donnée

1) En cours d'élaboration. Stade à la date de publication: ISO/DIS 21646:2021.
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3.2
absorption

diminution de l'intensité des rayons X due à un matériau isotrope et homogène, telle que décrite par la

loi de Beer-Lambert
3.3
signal analytique

raie spectrale de rayons X caractéristique et spécifique de l'atome ou de l'ion utilisé pour la

détermination de la teneur en analyte
3.4
radiation continue (Bremsstrahlung)

rayonnement électromagnétique généré par l'accélération d'une particule chargée, telle qu'un électron,

survenant lorsque sa trajectoire est déviée par une autre particule chargée, telle qu'un noyau atomique

3.5
signal Compton

raie spectrale due à une diffusion incohérente (effet Compton), apparaissant lorsque le photon de

rayon X incident heurte un atome sans favoriser la fluorescence

Note 1 à l'article: La collision entraîne une perte d'énergie et par conséquent, le photon de rayon X diffusé

résultant a moins d'énergie que le photon de rayon X incident.
3.6
témoins pour correction de dérive
échantillons physiquement stables utilisés pour corriger la dérive instrumentale
3.7
rayonnement émis
rayons X d'échantillon émis

rayonnement émis par un échantillon, constitué du rayonnement de fluorescence X (3.13) et des rayons X

primaires (3.11) diffusés
3.8
coefficient d'absorption massique

constante décrivant l'atténuation proportionnelle de l'intensité d'un faisceau de rayonnement X lorsqu'il

traverse un milieu absorbant
Note 1 à l'article: Il est exprimé en cm /g.

Note 2 à l'article: Le coefficient d'absorption massique dépend de la longueur d'onde du rayonnement absorbé et

du numéro atomique de l'élément absorbant.
3.9
échantillon de poudre

échantillon d'analyte soumis à analyse sous forme de poudre pour un mesurage direct dans le creuset

d'échantillon
3.10
pastille pressée
échantillon d'analyte préparé en comprimant un matériau broyé dans un disque
3.11
rayons X primaires
rayons X irradiant l'échantillon
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3.12
témoin de contrôle qualité

échantillon stable dont les teneurs des différents éléments sont connues, par exemple un matériau

de référence certifié (MRC) ou des échantillons homogénéisés de combustible solide de récupération

d'origine connue dont la teneur a été déterminée par analyse indépendante, utilisé pour contrôler les

performances de l'appareillage et l'exactitude de l'étalonnage
3.13
rayonnement de fluorescence X

rayons X caractéristiques émis par un échantillon lorsqu'il est bombardé de rayons X de haute énergie

ou de rayons gamma
4 Symboles et abréviations
4.1 Symboles
Al aluminium
As arsenic
Br brome
Ca calcium
Cd cadmium
Cl chlore
Co cobalt
Cr chrome
Cu cuivre
Fe fer
K potassium
Mg magnésium
Mn manganèse
Mo molybdène
Na sodium
Ni nickel
P phosphore
Pb plomb
S soufre
Sb antimoine
Si silicium
Sn étain
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Ti titane
Tl thallium
V vanadium
Zn zinc
4.2 Abréviations

EDXRF fluorescence X à dispersion d'énergie (energy dispersive x-ray fluorescence)

MCA analyseur multicanaux (multi-channel analyser)

WDXRF fluorescence X à dispersion de longueur d'onde (wavelength dispersive x-ray fluorescence)

5 Consignes de sécurité

L'organisme doit avoir pris connaissance des exigences légales applicables au spectromètre de

fluorescence X.

La personne chargée de mettre en œuvre le spectromètre à rayons X et de superviser son bon

fonctionnement doit démontrer ses connaissances de la réglementation nationale relative à la protection

contre les rayonnements.
6 Principe

Après avoir été convenablement préparé, l'échantillon est introduit dans un spectromètre XRF, puis

excité par des rayons X primaires. Les intensités des spectres d'énergie de fluorescence secondaire

propres à chaque élément sont mesurées et la composition élémentaire des échantillons est déterminée

à partir des tracés ou équations d'étalonnage préalablement établis en appliquant des facteurs de

correction pour tenir compte des effets d'interférence entre éléments. Les équations d'étalonnage et les

facteurs de correction des effets d'interférence entre éléments sont établis à l'aide de réactifs purs et/ou

d'un ensemble de matériaux internes ou de référence satisfaisant à toutes les exigences de la technique

de préparation appropriée.
7 Appareillage

7.1 Spectromètre de fluorescence X, qui doit permettre d'analyser les éléments conformément au

domaine d'application du présent document. Il est possible d'utiliser les deux types de spectromètres de

fluorescence X ci-dessous:

— spectromètre EDXRF qui réalise la dispersion du rayonnement de fluorescence X émis par un

détecteur de dispersion d'énergie;

— spectromètre WDXRF qui réalise la dispersion du rayonnement de fluorescence X émis par

diffraction à l'aide d'un cristal ou d'une surface à multiples couches synthétiques.

Le spectromètre est composé des éléments suivants:

— source de rayons X primaires, un tube à rayons X avec un générateur haute tension;

— porte-échantillon;
— unité de détecteur incluant un module d'acquisition électronique;
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— modules de modification de source permettant de modifier la forme et l'intensité du spectre de la

source ou la forme du faisceau (par exemple, les filtres de source, les cibles secondaires, les cibles de

polarisation, les collimateurs, l'optique de focalisation).

L'unité de détecteur d'un spectromètre WDXRF est différente de celle d'un spectromètre EDXRF. Pour

les spectromètres WDXRF, la détection repose sur la dispersion du rayonnement émis, obtenue par

diffraction à l'aide d'un cristal ou d'une surface à multiples couches synthétiques. Le détecteur n'a

pas à avoir de fonction de discrimination d'énergie. Les spectromètres EDXRF utilisent un détecteur

à dispersion d'énergie. Les impulsions de courant électrique générées par le détecteur, qui constituent

une mesure de l'énergie des rayons X entrant dans le détecteur, sont triées dans des canaux en fonction

de l'énergie à l'aide d'un MCA.

NOTE 1 L'emploi d'un tube à rayons X haute tension augmente le risque de perte d'analytes volatils présents

dans l'échantillon due à l'augmentation de la température dans le spectromètre pendant l'analyse.

NOTE 2 La dernière génération de spectromètres EDXRF fait appel à la théorie de la cible de polarisation.

L'excitation est réalisée par un rayonnement polarisé. Le rayonnement de fluorescence X émis est détecté le long

de la direction de polarisation, qui diminue fortement la diffraction de bruit de fond. Il permet par conséquent

d'atteindre des limites de détection plus basses (par comparaison au WDXRF).

7.2 Presse à pastiller, pouvant appliquer une pression d'au moins 30 kN. La presse à pastiller peut

être une presse à froid ou à moule chaud, fonctionnant à des températures ne dépassant pas les 180 °C.

8 Interférences et sources d'erreur

Les interférences en spectrométrie de fluorescence X sont dues aux chevauchements des raies

spectrales, aux effets de matrice, aux artefacts spectraux et aux effets liés à la granulométrie ou à la

structure minéralogique.

Les chevauchements de raies spectrales sont rencontrés lorsque la distance entre le signal analytique

d'un élément donné et celui d'un autre élément (ou résolution) n'est pas suffisante. Les corrections de ces

interférences sont effectuées à l'aide des algorithmes fournis avec le logiciel pilotant le spectromètre.

Les effets de matrice sont rencontrés lorsque le rayonnement de fluorescence X émis par l'élément

analyte est absorbé ou accentué par d'autres éléments présents dans l'échantillon avant qu'il n'atteigne

le détecteur. Pour les matrices complexes, ces effets doivent en général être corrigés. La méthode de

correction dépend du système de spectrométrie de fluorescence X (EDXRF ou WDXRF) et du type de

spectromètre.

Les artefacts spectraux, par exemple les pics d'échappement, les pics de somme, les raies dues à

une superposition d'impulsions, le temps mort, la correction de la radiation continue de freinage

(Bremsstrahlung), sont traités par le logiciel du spectromètre. Les artefacts spectraux de la

spectrométrie XRF à dispersion d'énergie sont différents de ceux de la spectrométrie XRF à dispersion

de longueur d'onde.
9 Préparation des échantillons
9.1 Principes de préparation

La préparation des échantillons est une étape cruciale pour l'analyse XRF des combustibles solides

de récupération. L'exactitude des résultats dépend fortement de la qualité de la préparation des

échantillons. Plusieurs options existent:

— pour une analyse quantitative d'échantillons de combustibles solides de récupération, il est

recommandé de réaliser des pastilles pressées à partir du matériau échantillon pour analyse

générale préparé;
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— pour une analyse semi-quantitative de combustibles solides de récupération, il est admis d'utiliser

directement le matériau pour analyse générale (sous forme de poudre); en ce qui concerne les

échantillons de granulés de combustibles solides de récupération, il est admis d'analyser directement

les granulés d'origine sans aucune préparation d'échantillon préalable. Cette analyse peut être

effectuée afin d'obtenir rapidement les premières informations sur la composition approximative

d'un échantillon. Des résultats analogues peuvent être obtenus au moyen de spectromètres XRF

portables destinés aux analyses sur site.

Pour un étalonnage donné, la même méthode de préparation doit être utilisée pour les échantillons et

les étalons.

Il est nécessaire de prélever des prises d'essai homogènes et représentatives afin d'obtenir des résultats

quantitatifs fidèles. La granulométrie nominale supérieure du matériau doit être de 0,5 mm ou moins,

selon la procédure de l'ISO 21646.
9.2 Séchage du matériau échantillon pour analyse générale
Sécher une quantité su
...