Способ многоэлементного рентгенорадиометрического анализа Советский патент 1986 года по МПК G01N23/223 

1

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, в частности к рентгенорадибметрическому способу анализа состава вещества, и может быть использовано при анализе состава веществ в геологии, металлургии, медицине , в исследованиях, связанных с охраной окружающей среды, и других областях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности при анализе проб сложного состава.

Сущность способа .заключается в следующем.

Приготавливают набор подложек из элементов с энергиями краев поглощения, меньшими энергии фотонов, испускаемых радионуклидным источником

измеряют поток 1 характеристического рентгеновского излучения от элемента подложки с наибольщим значением энергии края погрешности и поток 1 этого излучения от исследуемой пробы с этой подложкой. Относительное изменение потока характеристического излучения элемента подложки при измерении его от подложки и после прохождения исследуемой пробы зависит от поверхностной плотности га слоя пробы и приведенного массового коэффициента поглощения характеристического излучения элемента подложки в исследуемой пробе :

1„ /1 ехр( т)

(1)

Отсюда

fnnp

m

n ,V

(2)

Для рассматриваемой области энергий (чЮО кэВ) справедливо соотношение

J

}

Гппр

(3)

де Е;. Е. Г«пр

ГППР

энергия фотонов, испускаемых радионукл1щным источником;

энергия характеристического излучения элемента подложки с наибольшим значением края поглощения;

массовые коэффициенты поглощения соответственно - первичного излучения и характеристического излучения подложки -в исследуемой пробе,

Значение приведенного массового коэффициента поглощения характеристического излучения подложки

от I

ИПР

и

и ОТ значе

нии геометрических углов падения Ц и отр;1жения f первичного излучения на исследуемую пробу и выражается как

Мппр

.

Гппр

(4)

Из

sin 4 зшч- уравнений (2) - (4) определяют

м нп|5

1/т-Еп „11,

(, ) l/sinT+l/sinM

-,.(5)

25

Таким образом, по результатам- измерения потока характеристического излучения элемента подложки от одной подложки с наибольшим значением края поглощения (1) и от этой подложки с пробой (I,) определяют абсорбционные свойства исследуемой пробы относительно первичного излучения ( Р„ПР )

Оптимальные условия проведения анализа обеспечивают выбором элемента подложки для постоянной поверхностной :плотности слоя исследуемой пробы, при этом относительная по- грешность, обусловленная статистическими с отуктуациями измеряемых потоков фотонов от одной подложки и от подложки с пробой, минимальна. Эти условия соблюдаются при

А ппР т) 2,22. Из уравнений (4) и (6)

7 М i 41 л Ч ( f пор орг bJ-HY V --

(6)

определяют

ипр ) с 7) sin

Для рассматриваемой области энергий (100 кэВ) также справедливо 50 соотношение

ИПР

(8)

где

55

::„- энергия характеристического излучения оптимальной подложки.

Решая уравнение (8) относительно получаем

t; Е„ (

Mf 4°.J6

.(ппР

) . (9)

Подставляя данные из выражений (7) и (5) в выражение (9), получаем

0,36

(

Sin Ч) 5,1л Ч

Г-

ен:1„/л,

2Д2(,)

2,78 )

Sm V

(10

Значение эффективного атомного номера оптимальной подложки Z для элементов с атомными номерами 15-А5 связано со значениями энергий характеристического, излучения К -линий этих элементов следующей зависимостью:

, 11Z2+0,055Z-f-0,374. (11)

Решая уравнение (11) -относительно Z, получаем

о

,5+10.yo,,269, (12)

Обозначив в выражении (12) 10N/0,,269 К, получаем

Z 2,5+К ,(13)

где К - коэффициент, учитывающий абсорбционные свойства исследуемой пробы, геометрические условия измерений и энергию фотонов, испускаемых радионуклидным источникам.

Таким образом, из заранее приготовленного набора подложек производят выбор элемента оптимальной подложки по формуле (13) для каждой исследуемой пробы, исходя из заранее определенных абсорб1щонных свойств, Далее проводят измерения исследуемой пробы с подложкой из выбранного материал- определяют потоки харак е- ристического излучения анализируемых элементов и элемента подложки и определяют концентрации анализируемых элементов с учетом массовых коэффициентов поглощения характеристического излучения анализируемых элементов и подложки по формуле

1-:Йа:Лл -,

В .. С .

nij

:. К. J;- ::-

i-e.p(,.±-,P..c

(Н)

)

229665t

где С,- концентрация анализируемого

элемента;

С;- концентрация мешаю цего элемента, энергия К-края погло- 5 щения которого расположена между энергиями аналитической линии анализируемого элемента и первичного излучения радионуклидного источ- 10 ника;.

Ig - поток фотонов от одной выбранной подложки; 1 - поток фотонов от выбранной

подложки с -исследуемой про- 15 бой; .

К - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии измерений и плотности потока возбуждающего излу- 20 чения;

и - коэффициент разбавления

пробы; А - поправочный коэффициент,

определяемый (теоретически) 25 по формуле

-А.н //

ин

, (15)

in

flef .H а ij

J ПН . 1ЛН

фициенты поглощения соответственно характеристического излучения i-го элемента, элемента подложки и первичного излучения радионуклидного источника наполнителем исследуемой пробы;

с sin4 /sinv ;

В.. - поправочный коэффициент,

определяемый (теоретически) по формуле

HJ р

ин

Pni

(16)

1 Дери S

Pf, Hirti массовые коэффициенты поглощения соответственно характеристического излучения i-ro элемента, элемента подложки и первичного излучения радионуклидного источника J-M элементом.

В формуле (16) берут эффективное значение массового коэффициента поглощения pjj и, таким образом, учитывают эффект избирательного возбуждения,

П р- и м е р. Предложенным способом рентгенорадиометрического анализа определяют концентрации железа, меди, цинка и свинца в контрольной пробе 86ж с аттестсванными значениями концентраций анализируемых элементов С ,

Для возбуждения и детектирования характеристического излучения анализируемых элементов и элемента подложки используют радионуклидный источник Cd активностью 10 мКи и. Si(Li)-детектор с энергетическим разрешением 300 эВ по энергии 5,9 кэВ, Геометрические углы падения первичного излучения и отбора вторичного излучения в применяемом блоке возбуждения и детектирования составляют 45 и 90 соответственно. Измерения проводят на 1024-канальном анализаторе при времени наблюдения 400 с. Пробу 86ж истирают до 200 меш, смешивают с полистиролом в соотношении 1:1 (1 г пробы и I г полистирола) и прессуют в таблетку диаметром 34 мм. Поверхностная глотность пробы в этом случае 0,22 г/см -, а коэф- фигщент разбавления 0,5, Предварительно приготавливают набор подложек из химически чистых соединений Мо 0 , , PbO, GeO, ZnO, MnO,,, , смешанных с полистиролом в соотноше 0722

fn ,44 - 0,5138.Ср

С„ 0,00003-75,21 1750-,

1-ехр (-0,22 1 ,44 Ы - - 0,5-138

С., 0,00000182 50 01

idrS- (512С,374С,,-ь355С,,.1-ехр -0,, IW

+25 )

(512Ср +374C 4-335C,-f25Cp)}

4,51

., 0,0000217 35,5-0,22

In

1750

194,44

- -0,5(644Ср +4б5С

Си

1

1750

Hexp(-0,,5-J5 ;Y2 WT

нии 2:1 (например, 0,5 г МоО, и 0,25 г полистирола), также в виде спрессованных таблеток диаметром 5 34 мм.

Измеряют поток характеристического излучения от подложки из MpO (1л 1951 тысс имп,) и поток того же излучения после прохождения им иссле- 10 дуемой пробы (,14 тыс„ имп.) и определяют атомный номер Z вещества подложки, для которой статистические флуктуации измеряемых потоков фотонов от подложки и от пробы с подлож- 15 кой мин1 мальны, по формуле (12). Получают .

По полученным данным выбирают подложку из химически чистого вещества, содержащего иттрий - .

Затем измеряют поток фотонов от подложки из ( тыс. имп.). Помещают исследуемую пробу 86ж между радионуклидным источником и этой подложкой, измеряют потоки фотонов аналитических линий анализируемых элементов (,21 тыс. имп.; 1,50,01 тыс. имп..; 35,5 тыс.имп.; ,1 тыс, имп.) и элемента под- -ложкк (1,194,44 тыс.имп ) и определяют концентрации анализируемых элементов в пробе 86 ж с учетом коэффициентов пропорциональности, определенных теоретически (А- , Е„- ) по известным массовым коэффициентам поглощения и найденным экспериментально (Kj) для данной измерительной установки (табл. 1):

- -0,5(644Ср +4б5С +41бСс. +

1

1750

;Y2 WT

+38Cf)

4644Cp +465C,+416Cc,+38Cp lJ}

С О,000043.17,Ь

5

-0722 W - 0,5(1317Q...t059C H- 1-ехр{-0,,46 Q-Ь ТЙТ 0,5(1318Ср +

+952Сс +717Сре )

+ 1059С +952С(-Г+717СрГ)Т}

Решая эту систему методом итте- раций, получают: Ср 0,029,8 (т.е. 2,98%); ,0202(т.е. 2,02%); 0,0201 (т.е. 2,01%); ,0260(т.е 2,60%).

В табл. 2 представлены результаты анализа пробы 86ж с подложкой из (С), из MoGj (С,) и аттестованные значения концентраций анализируемых элементов ().

Таким образом, предложенный способ анализа позволяет повысить точность количественных определений концентраций элементов за счет использования подложки из вещества, выбранного исходя из абсорбционных свойств исследуемой пробы.

Формулаизобретения

Способ многоэлементного рентгено- радиометрического анализа, заключающийся в том, что приготавливают подложку из элемента с энергией края поглощения, меньшей энергии фотонов, испускаемых радионуклидным источником, помещают ее в зону облучения радионуклидным источником и измеряют поток характеристического излучения элемента подложки, помещают исследуемую пробу между подложкой и радионуклидным источником, измеряют

.ютоки характеристического излучения анализируемых элементов и элемента

подложки и определяют содержание , анализируемых элементов в исследуемой пробе с учетом значений массового коэффициента поглощения исследуемой пробой первичного излучения и излучения элемента, подложки, о т л и - ч а ю El и и с я тем, что, с цель ю повьпиения точности при анализе проб сложного состава, предварительно приготавливают набор подложек из различных элементов, проводят измерения с подложкой из элемента с наибольшим значением энергии края поглощения, по результатам этих измерений выбирают из набора подложку из элемента, обеспичивающего миниьгум статистической погрешности измерения абсорбционных свойств исследуемой пробы, по формуле

Z К + 2,5,

где Z - атомный номер элемента; К - коэффициент, учитывающий . абсорбционные свойства исследуемой пробы, геометрические условия измерений и энергию фотонов, испускаемых радионуклидным- источником, и измеряют потоки характеристического излучения элемента этой подложки без исследуемой пробы и с пробой.

Редактор И, Николаичук

Составитель М. Викторов Техред В.Кадар

2445/44

Тираж 778 ВНИИПИ Государственного Koi CTTeTa СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корр Подп

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Г. Решетник Подписное

Изобретение касается исследования химических и физических свойств веществ и позволяет учесть влияние абсорбционных свойств пробы при проведении многоэлементного рентгено- радиометрическогр анализа. Изготавливают набор подложек из различных элементов, из которого выбирают подложку из элемента с наибольшим значением энергии края поглощения, которое в то же время меньше энергии фотонов источника, возбуждающего пробу, и, поместив пробу меж/ХУ подложкой и источником, измеряют потоки характеристического излучения анализируемых элементов li элемента подложки. По результатам этих измерений выбирают из набора подложку из элемента, обеспечивающего минимум статистической погрешности измерений абсорбционных свойств пробы. По измерениям характеристического излучения этой подложки с пробой и без нее учи- тьшают абсорбционные свойства пробы. 2 табл. (Л ю rsD CD а О Сд