Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в комплексных рудах Советский патент 1989 года по МПК G01N23/223 

1

Изобретение относится к области рентгеновского анализа элементного состава сред, а более конкретно к способам рентгенорадиометрического определения содержания элемента в комплексных рудах в присутствии элементов с большим атомным номером,

аналитические линии которых энергетически не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента и может быть использован при опробовании обнажений, горных выработок, .рудной массы и каротаже скважин.

J14

Целью изобретения является повышение чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента.

На фиг. 1 изображены спектры вторичного излучения при облучении слоистых модельных сред из пластин алю

миния 1, алюминия и серебра 2, кадмия 3, олова 4, сурьмы 5 гамма-излучением 15 нуклида самарий-145; на фиг. 2 - зависимости 6-9 коэффициента К; от положения нижней границы Е второго подинтервала для соответственно указанных модельных сред 1-5 при опре- 20 делении содержания серебра; на фиг.З - гистограмма интенсивности характеристического излучения серебра, полученная при прохождении датчика над укаЕ, в области, близкой к максимуму аналитической линии определяемого элемента. Далее устанавливают первый подинтервал Ег, второго энергетического интервала в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемента. В этом подинтервале частично регистрируется характеристическое рентгеновское излучение и определяемого, и других мешающих элементов, причем с ростом энергии аналитической линии мешающего элемента ее доля в интенсивности излучения, регистрируемого в этом подинтервале, падает. Поэтому учесть произвольно меняющийся вклад линий мешающих элементов в первый интервал только с помощью инзанными модельными средами; на фиг.4- 25 тенсивности излучения, регистрируемой

из наполнителя и определяемого элемента, другие - из наполнителя, а также наполнителя и одного из мешающих элементов (фиг„ 1,4). Устанавливают первый (I) энергетический интервал Е.

Е, в области, близкой к максимуму аналитической линии определяемого элемента. Далее устанавливают первый подинтервал Ег, второго энергетического интервала в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемента. В этом подинтервале частично регистрируется характеристическое рентгеновское излучение и определяемого, и других мешающих элементов, причем с ростом энергии аналитической линии мешающего элемента ее доля в интенсивности излучения, регистрируемого в этом подинтервале, падает. Поэтому учесть произвольно меняющийся вклад линий мешающих элементов в первый интервал только с помощью ин

Изобретение относится к области рентгеновского анализа элементного состава руд. Цель - повышение чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента. Анализируемую руду облучают рентгеновским или гамма-излучением и регистрируют интенсивности рентгеновского излучения в двух энергетических интервалах вторичного спектра. Первый интервал располагают в области максимума амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента. Второй интервал состоит из двух подинтервалов, первый из которых располагают в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемента, а второй - слева от амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента. Причем на модельных средах, не содержащих определяемого элемента и содержащих каждая только один J-й мешающий элемент, находят зависимости коэффициента KJ=N₁J/N₂J, где N₁J, N₂J - интенсивность излучения в первом и втором интервалах соответственно для модельной пробы с J-м мешающим элементом, от положения нижней границы второго подинтервала и выбирают нижнюю границу второго подинтервала в области пересечения этих зависимостей. Содержание определяемого элемента вычисляют по значению величины δ=N₁-KN₂, где K - коэффициент, равный среднему значению всех KJ, N₁-N₂ - интенсивности в первом и втором интервалах при измерении анализируемой пробы. 6 ил.

спектры вторичного излучения при облучении модельных сред из окиси кремния 10, окиси кремния с 10% меди 11, окиси кремния с 10% цинка 12 и свинца 13; на фиг. 5 - зависимости 14-16 коэффициента К от положения нижней границы Е5 второго подинтервала для соответственно указанных модельных сред 10-13 при определении содержания меди; на фиг. 6 - гистограмма интенсивности характеристического излучения меди, полученная при прохождении датчика над указанными модельными средами.

Сущность изобретения состоит в выборе двух энергетических интервалов для регистрации характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и мешающих элементов, позволяющем достаточно чисто выделить характеристическое рентгеновское излучение определяемого элемента на фоне излучений мешающих элементов и увеличить чувствительность определения по сравнению с прототипом. Спо- соб осуществляют на выпускаемой промышленностью малоканальной аппаратуре типа РАГ-М-101, при этом не требуется решения системы уравнений. / Способ осуществляют следующим образом.

Перед проведением анализа снимают спектры вторичного излучения от модельных сред, одна из которых состоит

в первом подинтервале второго интервала, нельзя.

Далее устанавливают верхнюю границу ЕЭ второго подинтервала (И) слева от амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента и, меняя положение Е3 нижней границы этого подинтервала, снимают на модели с j-м мешающим элементом зависимость коэффициента К в выражении (Ntll +NtI ) (фиг. 2, 5). Как видно из фиг., 2,5, эти зависимости пересекаются в очень узкой области энергий Е, что позво- ляет выбрать значение 1 коэффициента К,

5

J

5

0

очень близкого к любому значению К

Тем самым выбор расположения (Е, EJ) второго энергетического подинтервала позволяет компенсировать произвольные изменения содержаний мешающих элементов, линии которых энергетически не разрешены с аналитической линией определяемого элемента.

После перечисленных операций установки энергетических интервалов и определения значения коэффициента К производят облучение исследуемой комплексной руды в тех же условиях, что и модельных сред, регистрацию

N

tt1 и ti

N,

в выб- вычисляют значе- параметра S Nt- оторому находят

искомое содержание определяемого элемента.

В области малых содержаний определяемого элемента чувствительность об определения элемента численно равна параметру S при содержании 1% 8 (1%).

( 1 %) ЭД-м1 -кн1

+N°r-Kc(NrM ),

где Nj, NIT - интенсивность Характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента с

установлены в области аналитическ пика серебра равными ,3 кэВ ,8 кэВ0 Первый подинтервал в рого интервала установлен ,в облас

содержанием 1% соответ- 15 максимума к4 - линии кадмия: Е4

,i

м

t N« const, о

ственно в первом и втором энергетических интервалах;

интенсивность характеристического рентгеновского излучения ме- шакщих элементов соответственно в первом и втором энергетических интервалах. Следовательно,

к ИЈ

Поэтому Ы Ј(l%).

Ввиду того, что в известном способе второй энергетический интервал целиком включает в себя первый и в несколько раз шире его, величина KNir для прототипа оказывается в несколько раз больше, чем для предложенного способа. Поэтому чувствительность об предложенного способа существенно больше, чем чувствительность прототипа

Сущность способа поясняется примером его апробации на модельных средах применительно к анализу серебряных руд при наличии мешающего влияния кадмия, олова и сурьмы.

20

25

22,5 кэВ ,5 кэВ. В соответс вии с указанной методикой нижняя граница Еэ второго подннтервала у новлена в области пересечения зав симостей (Е),8 кэВ, а верхняя ,0 кэВ (фиг. 1,2). И бирательность и чувствительность мерения содержания серебра иллюст руется фиг. 3. Сравнение с протот пом показывает, что чувствительно определения серебра увеличилась в два раза.

Возможности предложенного спос при определении элементов с меньш атомным номером иллюстрируются пр мером определения содержания меди присутствии цинка и свинца.

Измерения проводили с использо нием анализатора РАГ-М-101 и блок 35 облучения и детектирования БВД-ПС источником кадмий-109 активностью 1,8-Ю8 Бк и счетчиком СИ 11Р-3 ( полнение Хе+10% СН4, давление 0,80 кгс/см2).

Геометрия измерения - центральн Выбор положения границ энергетиче ких интервалов проводился по спект рам вторичного излучения, полученн при единичной ширине окна анализат

30

40

Геометрия измерения - центральная Выбор положения границ энергетических интервалов проводился по спектрам вторичного излучения, полученным при единичной ширине окна анализатоВсе измерения выполнены с помощью 45 ра РАг-М-101, на следующих модельных рентгенорадиометрического каротажного средах (фиг. 4): 14 - Si02; 15 Si02+10% Cu; 16-Si04+10% Zn; 17 - 100% Pb.

анализатора РАГ-М-101, позволяющего реализовывать параметр $ Nr-K(NIrt +

+N Itu ) , в комплекте со скважинным прибором ПРС-1. Источником первичного излучения служил нуклид сама- рий-145 (38,7 кэВ) активностью 3,7 10 Бк. В качестве детектора использовали пропорциональный счетчик СРМ-19 (Хе) с разрешением по линии AgK, равным 2,6 кэВ. Модели руд представляли собой вертикально-слоистые среды, состоящие из пластин алюминия и рудных элементов.

Положения границ Е4 и Е первого 50 энергетического интервала в области аналитического пика меди (,3 кэВ, ,9 кэВ) определяли в соответствии с известной схемой оптимизации по минимуму статистической погреш- 55 ности.

Верхнюю границу EJ подинтервала II1 устанавливали в области максиму- ма Кд - линии цинка (Ejt8,7 кэВ) .

16536

Выбор положения границ энергетических интервалов проводили по спектрам вторичного излучения, полученным при единичной ширине окна анализатора РАГ-М-101, на следующих модельных средах (фиг о 1): 1-А1, 2-А1.+ 1,4 мм Ag; 3-Al+2,0 MM Cd; 4-А1+2.2 мм Sn; 5-А1+1,5 мм Sb. 10Границы первого интервала были

установлены в области аналитического пика серебра равными ,3 кэВ, ,8 кэВ0 Первый подинтервал второго интервала установлен ,в области

15 максимума к4 - линии кадмия: Е4

0

5

22,5 кэВ ,5 кэВ. В соответствии с указанной методикой нижняя граница Еэ второго подннтервала установлена в области пересечения зависимостей (Е),8 кэВ, а верхняя ,0 кэВ (фиг. 1,2). Избирательность и чувствительность измерения содержания серебра иллюстрируется фиг. 3. Сравнение с прототипом показывает, что чувствительность определения серебра увеличилась в два раза.

Возможности предложенного способа при определении элементов с меньшим атомным номером иллюстрируются примером определения содержания меди в присутствии цинка и свинца.

Измерения проводили с использованием анализатора РАГ-М-101 и блока 5 облучения и детектирования БВД-ПС источником кадмий-109 активностью 1,8-Ю8 Бк и счетчиком СИ 11Р-3 (наполнение Хе+10% СН4, давление 0,80 кгс/см2).

Геометрия измерения - центральная Выбор положения границ энергетических интервалов проводился по спектрам вторичного излучения, полученным при единичной ширине окна анализато0

0

5 ра РАг-М-101, на следующих модельных средах (фиг. 4): 14 - Si02; 15 Положения границ Е4 и Е первого энергетического интервала в области аналитического пика меди (,3 кэВ, ,9 кэВ) определяли в соответствии с известной схемой оптимизации по минимуму статистической погреш- ности.

Верхнюю границу EJ подинтервала II1 устанавливали в области максиму- ма Кд - линии цинка (Ejt8,7 кэВ) .

Нижняя граница Е интервала IIй, исходя из заданной чувствительности анализа, может соответствовать любому значению Е, заключенному в интер- вале Kpi. В предлагаемом примере ,3 кэБ.

Верхнюю границу Е, энергетическо||

го интервала II устанавливали у левого края амплитудного распределения аналитической линии меди (,9 кэВ Положение нижней границы Еэ этого интервала (,8 кэВ) при указанных значениях (Е,Е, . ЙЕ ) определяли путем исследования зависимости коэф- фициентов К- от положения EJ этой границы на энергетической шкале, полученных по результатам измерений на модельных средахо За оптимальное принимали значение EJ, при котором обеспечиваются минимальные вариации коэффициентов К- при переходе от одной модельной среды к другой. Результаты исследований приведены на фиг.5 Шифр зависимостей (E3) соответ- ствует следующим модельным средам: 14-SiD2, 15-SiOa+10% Zn, 16-100% Pb. Как видно, минимальные вариации коэффициента К; при переходе от одной модели к другой наблюдаются при зна- чении границы Е.5,8 кэВ, которое и является оптимальным. При этом вариации величины К; относительно его среднего значения ,341 отн„ед. при переходе от одной модели к дру- гой не превышает ±0,012 отн. ед. или ±3,5%.

Приведенные на фиг. 6 значения , спектральной разности Ј N -0,341 (Nn,+ -+NIrfl} на модельных средах по

результатам измерений интенсивностей в энергетических интервалах I и 11 11 +II11, при указанных положениях границ этих интервалов (фиг. 4), показывает, что предлагаемый способ позволяет эффективно компенсировать мешающее влияние амплитудных распределений К -линии цинка и L « -линий свинца и тем самым однозначно выделять в виде параметра о К -линию ме- пи. При этом флуктуации значений параметра о на рудовмещающих средах (q 0%) при максимально возможном влиянии мешающих элементов (100% РЬ) не превышают 0,09% Си, что сущест- венно меньше требуемого в настоящее время порога чувствительности на это элемент в пределах указанных областей применения способа,.

Предлагаемый способ позволяет поысить достоверность и точность полуаемых данных при решении геологичесой задачи определения содержания лемента в рудах на фоне мешающих мплитудных распределений линии элеентов с большим атомным номером.

ормула изобретения

Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в комплексных рудах, заключающийся в облучении исследуемой руды рентгеновским или гамма-излучением, регистрации сумм интенсивностей N4 и Na рентгеновского излучения определяемого и мешающих элементов в двух энергетических интервалах спектра вторичного излучения, первый из которых располагают в области максимума амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента, а второй - в области амплитудных распределений линий мешающих элементов, вычисляют интенсивность Ј аналитической линии определяемого элемента по формуле ,1, где К - постоянный коэффициент , и судят по ней о содержании определяемого элемента, причем границы второго интервала выбирают на основании результатов измерений модельных сред, не содержащих определяемого элемента и содержащих каждая только один j-й мешающий элемент, так чтобы отношение К: интенсивностей N,: и , зарегистрированных в первом и втором интервалах, оставалось постоянным при изменении в этих пробах содержаний мешающих элементов, отличающий ся тем, что, с целью повышения чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента, второй энергетический интервал выбирают состоящим из двух подинтервалов, первый из которых располагают в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемента, а второй - вне амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента слева от него, причем на указанных модельных средах

находят зависимости коэффициента К

от положения нижней границы второго подинтервала при выбранных положениях его верхней границы и ширинах первого интервала и первого подинтервала второго интервала и выбирают нижнюю

Н-

faccfl KdSB

Ю ЕЭ fj

WЈ гх

фие.1

Kj,omHet

us

4«

К

границу второго подинтервала в области пересечения этих зависимостей, а значение коэффициента К берут равным среднему значению всех К:, соответствующих выбранной нижней границе второго подинтервала.

QPSm -145

W Ј кэ8

13 Фил 2

II fs,xii

Среды

0 300 600 8,C

i-

Al

А1 + 2,ОммСс1

Al + 1АммАд

Al + 2.

Al -f I.SunSb

Al + 2.0мпР8

K« Zfi Lj} Pb

LjPb

5 f} fs f Ь Ьег Ю

ФигЪ

КЕ.кэВ