Способ определения интенсивности фона Советский патент 1988 года по МПК G01N23/223 

К

оо 1

О5

Изобретение относится к рентгеновскому анализу состава вещества, особенно к рентгеноспектральному анализу с использованием спектрометров фокусирующего типа, и может быть использовано при анализе состава вещества.

Целью изобретения является повышение точности анализа, особенно при определении малых содержаний элементов с большими и средними атомными номерами в материалах, наполнитель которых состоит из железа и более легких элементов.

На фиг. 1 приведены экспериментальные зависимости относительной интенсивности I-, фона при определении молибдена по его К,-линии от ширины L приемной щели перед детектором для наполнителя соответственно из оксидов кремния, железа цинка, свинца, а также карбонатов кальция и бария при различных ширинах & канала анализатора импульсов (резуль таты, обозначенные точкой, сняты при ЛУ 2В 5 крестиком - при UV 10В, кружком - при CiV 20В, треугольником - при ЛУ ЗОВ); на фиг, 2 - зависимости коэффициента а от ширин JiV канала анализатора, снятые при L, 0,12 см, и при величине высокого напряжения на рентгеновской трубке, соответственно равной 30 кВ (а), 50 кВ (б), 70 кВ (B)J на фиг. 3 - ,те же зависимости, снятые при Lg - 0,26 см.

Способ-прототип определения интен сивности фона Nm основан на предположении, что величина регистрируемого на месте аналитической линии элемента сигнала фона пропорциональна ширИ не приемной щели перед детектором. С учетом этого исходного условия получено уравнение для расчета относительной интенсивности фона I(L)k - nia,)

Т

(L) ,

(1)

где k,n,b - постоянные коэффициенты; о N(L,)N (Ц)

й;(1:тг глч)

где N(L,), N(L;i) - суммаршое интенсивности аналитической линии опреде- 55 ляемого элемента А и фона при ширине приемной щели перед детектором, соответственно равной L и 1- для исследуемого образца;

10

15

20

25 30 5

0

5

о

5

N(.(L,), N.(L) - то же, для стандарта сравнения.

В действительности (фиг.1) экспериментальные зависимости I|.(L) для однокомпонентных образцов различного химического состава являются нелинейными, причем параметры (а,,,а, ,а) этой зависимости определяются химическим составом излучателя.Установленная закономерность приводит к погрешности результатов определения изменении, химического состава напол- нителя, достигающей 10%, даже если это наполнитель из оксидов кремния и железа, а также карбоната кальция. Зависимости на фиг.1 можно аппроксимировать уравнением

г

IcpCL;)

a,L + а„ L,

(3)

где а, а,, а - коэффициенты.

При правильно изготовленном механизме щели, когда она закрывается полностью, afl 0. Из кривых (фиг.1) также следует, что а, . 1 для всех измеренных однокомпонентных наполнителей. Отсюда следует, что если удастся выбрать условия такими, чтобы а О, то зависимость интенсивности фона от изменения состава наполнителя будет резко снижена; такие условия измерения названы оптимальными. Для их нахождения в конкретных случаях анализу проводят измерения с серией стандартных образцов, по возможности полно характеризующих подлежащий анализу технологический продукт или руду. Измеряют зависимости интенсивности фона от ширины L в диапазоне от минимальной L, до максимальной L при различйых (не менее трех) ширинах uV канала анализатора HMnyjibcoB, различных значениях высокого напряжения на рентгенов ской трубке.

Изобретение иллюстрируется следующим примером реализации.

Определяют фон на месте аналитической линии молибдена (МоК) на двухканальном коротковолновом спектрометре ФРС-7.

Прибор оснащен рентгеновской трубкой Б}1В-8 с цилиндрическим анодом из рения и выходным бериллиевым окном толщиной 0,050 см. Напряжение U на трубке может достигать 70 кВ, ток 1-50 мА. Пучок первичного излучения со средней угловой расходимостью &0 +20 падает на пробу под углом 1р 90° , а вторичное излучение отби

рается под углом ф 30° черея вых ,ной коллиматор со средним зазором 1 между пластинами, 0,12 см. Вторичное излучение разлагается в спектр по схеме Кошуа (радиус круга Роуланда равен 40 см) кристаллом кварца (отржающая плоскость 1010, межплоскостн расстояние d 0,424 мм) толщиной

0,012 см с разрешающей способность характеризуемой аппаратурной ширино флуоресцентной К -линии, около 0,0002 нм. Излучение регистрируетс сцинтилляционным детектором (разре- шакщая способность 37% для , - излучения) с шириной приемной щели L 0-0,50 см. Энергетическая селекция импульсов детектора выполняется одноканальным анализатором амплитуд импульсов, нижний уровень Уц, ширина Ь V канала которого изменяется от О до 100 В и от О до 50 В соотвественно.

Исследуемую пробу помещают в кювету диаметром 4,0 см и глубиной 1,0 см. Для определения оптимальных условий измерения исследуемых образцов предварительно изучают зависимость N, g(L) для образцов различного химического состава (фиг.1): оксидов кремния SiO, железа , цинка ZnO и стшнца РЬО, а также карбонатов кальция СаСО и бария ВаСО. Аппаратурные параметры при этом выбирают следующие: расстояние между пластинами коллиматора 1 равн 0,12 (фиг.1) и 0,26 см, напряжение и на рентгеновской трубке - 30, 50 (фиг.1) и 70 кВ, а ширину &V канал анализатора амплитуд импульсов выбирают равной 2(), 10 (+), 20 (о) и ЗОВ (Д).

Как ввдно из фиг.1, зависимость

Значение погрешности измерения фона можно оценить относительным дартным отклонением S, которое характеризует расхождение результа тов определения Nm при произвольно

1ф g(L) является нелинейной в диапа- 45 выборе условий реализации способа

зоне изменений L 0-0,50 см, причем параметры функции Iqj g(l ) при выбранных и,1,и uV определяются химическим составом излучателя. Очевидно, что предлагаемый способ опреде- ления интенсивности фона с максималь - ной достоверностью реализуется в тех случаях, когда функция 1ф g(L) является линейной во всем диапазоне измерений L. При этом кривая 1ф g(L) проходит через точки с координатами (0;0) и (1;1) ( штриховая линия на фиг.1). В связи с этим условием нор- микровки коэффициентов а,, а и а

с теми результатами, которые получают при оптимальных условиях эксп римента (линейная зависимость Iq,

g(L).

50 В таблице представлены полученн значения S,.

Из сравнения результатов таблиц с графическими данными (фиг.1) вид что минимальное значение St, (макси

55 мальная правильность или достоверность) достигается в тех случаях, когда зависимость 1/р g(L) прибли жается к линейной, а коэффициент а к нулю (фиг.2 и 3).

уравнения (3) в общем случае является

+ а, -t- а, 1,

(4)

5

0

симости а f

5

а условием оптимальности аппаратурных условий реализации предлагаемого способа - равенство нулю коэффициента нелинейности а .

На фиг. 2 и 3 представлены зави( uV) для излучателей из оксидов кремния () и железа (Л ), а также карбоната кальция (+). При этом напряжение U на рентгеновской трубке выбрано равным 30, 50 и 70 кВ, а I равно 0,12 (фиг.2) и 0,26 см (фиг.З). Указанные компоненты составляют основу наполнителя руд редких, рассеянных, цветных и благородных металлов. В связи с малыми содержаниями последних определение интенсивности фона на месте спектральной линии элемента А необходимо выполнять в этих случаях с максимальной достоверностью.

Из фиг.2 видно, что при 1 0,12 см, а 1 О, тогда как при 1

0

5

0

0,26 см (фиг.З) а О V .53- 56 В. Выпадение точек, соответствую- щих i V 20 В, объясняется попаданием в канал флуоресцентного излучения кадмия (покрытие деталей прибора), которое возбуждается вторичным излучением преимущественно в коллиматоре прибора. Интенсивность флуоресценции кадмия повьшается с увеличением зазора 1 между пластинами коллиматора. В связи с этим эффект выпадения экспериментальных точек наблюдается лишь при 1 0,26 см (фиг.З).

Значение погрешности измерения фона можно оценить относительным стандартным отклонением S, которое характеризует расхождение результатов определения Nm при произвольном

5 выборе условий реализации способа

с теми результатами, которые полу , чают при оптимальных условиях эксперимента (линейная зависимость Iq,

g(L).

В таблице представлены полученные значения S,.

Из сравнения результатов таблицы с графическими данными (фиг.1) видно, что минимальное значение St, (максимальная правильность или достоверность) достигается в тех случаях, когда зависимость 1/р g(L) приближается к линейной, а коэффициент а к нулю (фиг.2 и 3).

51

Предлагаемый способ определения интенсивности фона на месте аналитической линии определяемого элемента используется при определении благородных, редких и рассеянных металлов с содержанием 0,0001 - 0,50 абс.% в геологических материалахд промпро- дуктах.

fljmTenbHOCTb анализа одной пробы ;при этом не превышает 5-6 мин. Спо ico6 определения интенсивности фона повышает в 5-8 раз точность опреде- |ления интенсивности фона и соответjCTBeHHO, количественного анализа,,

Iкроме того5 способ не требует рекой- струкции существующих спектрометров |квантометров и анализаторов серийно- то производства и может быть реали- зован в аналитических лабораториях, а также непосредственно в непрерывных технологических процессах.

Формула изобретения

Способ определения интенсивности фона на месте аналитической линии : определяемого элемента при рентгено- ; спектральном флюоресцентном анализе i с использованием фокусирующего спек- I трометра, включакщий облучение пробы исследуемого вещества полихроматическим излучением и измерение суммарной интенсивности аналитической линии определяемого элемента и фона при двух различньгх ширинах L приемной щетш детектора, середина которой соответствует максимуму аналитической .пинии, причем минимальную ширину LI щели выбирают равной аппаратурной ширине анагштической линии на половине ее высоты, а вторую шири ну L- щели выбирают максимально .возможной, но не более удвоенного расстояния по шкале длин волн между полностью разрешенными аналитической линией определяемого элемента и ближайшей спектральной линией любого из элементов пробы, умноженного на значение линейной дисперсии, спектрометра, а интенсивность фона определяют расчетным путем, отличающийся тем, что, с целью повыше5

ния точности анализа, предварительно выбирают оптимальные аппаратурные условия проведения анализа, для чег9 при произвольно выбранной ширине uV канала анализатора импульсов измеряют интенсивности фона на месте аналитической линии определяемого элемента от серии стандартных-образцов, моделирующих по химическому составу наполнитель исследуемого вещества, при различных значениях ширины приемной щели в диапазоне от L, затей, используя одну из интенсивно- стей N(h(Lo),, измеренную при ширине Ьд приемной щели детектора, такой,

LO с Lj, как сигнал сравнеL,

что

ния, находят для каждого стандартного образца относительные интенсив- 0N(L)

ности I(L) f5-(qy-,

нием которых для каждого образца рассчитьюают. коэффициенты

с использова 0

Ч

25

а, нелинейной регрессионной зависиa,L

при30

мости I(p(L) а + + чем эти операции повторяют при не менее чем трех других значениях ширины ( ЛV)канала анализатора импульсов, и для каждого образца строят зависимости коэффициента нелинейности а от (iV, а за оптимальное значение ( bV). принимают среднее из трех значений ширины i V канала анализатора для серии используемых 35 стандартных образцов, при которых а 0.

о.г о,и о а.г ff. L,e

фи9. f

Изобретение относится к области рентгеновского анализа состава вещества, конкретнее к рентгеноспектраль- ному анализу с использованием спектрометров фокусирукхцего типа. Целью изобретения является повьшение точности анализа. Это достигается выбором оптимальных условий регистрации, при которых фон под аналитической линией определяемого элемента не зависит от изменений химического состава наполнителя. На серии стандартных образцов, состав которых сходен с составом наполнителя анализируемых проб, измеряют зависимости относительной интенсивности 1 счета фон от ширины L приемной щели перед детектором прц разных значениях ширины окна амплитудного анализатора, разных напряжениях на рентгеновской трубке и т.д. Описьшают измеряемую зависимость в виде I«,(L) а + 4- + ajj ,. (L) а„ ОУ 9 i енты, и находят условия, при которых а, 0. 3 ил., 1 табл. (О ,а- - коэффици- 2

Оtoto 3040X 141

ф1Л.2