Способ рентгенофлуоресцентного анализа состава вещества Советский патент 1990 года по МПК G01N23/223 

Изобретение относится к Лиэичес- ким методам анализа состава вещества с помощью рентгеновского излучения и может быть использовано в раз личных областях науки и техники,

например в черной или цветной металлургии.

Цель изобретения - повыгаение производительности и снижение стоимости серийных анализов

Способ осуществляют следующим бразом.

Изготавливают тонкие стандартные бразцы, каждый из которых содержит звестное количество одного из опрееляемых элементов и реперного элеента, причем энергия его К-края оглощения должна быть меньше энерии первичного излучения. Так как в JQ етоде фундаментальных параметров змеряют концентрации всех элементов, содержащихся в анализируемом веществе, число стандартных образцов равно числу определяемых элементов, 5 т.е. числу элементов, содержащихся в анализируемом веществе. Возможности аппаратуры накладывают ограничения на атомный номер Јоэ определяемых и реперного элементов, для дос- JQ тупной аппаратуры 7, 0 3 10.

Чтобы не учитывать влияние рассеянного излучения, стандартный образец изготовляют путем нанесения 25 на тонкую пленку, состоящую из элементов с атомными номерами Z 10, например майлар толщиной 6 10 мкм, раствора химического соединения, содержащего как один из опре35

деляемых элементов, так и элемент с атомным номером Z 10, выбранный в качестве реперного, например хлор, серу или бром. Причем слой образца, нанесенного на пленку, должен быть тонким для характеристического рентгеновского излучения этих элементов, чтобы не учитывать процессы ослабления и дополнительного возбуждения рентгеновского излучения. tn

40

Для каждого 1-го стандартного об- разца измеряют интенсивности характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента I; и

реперного элемента I р; и, зная чисгст

ло атомов определяемого элемента гь и реперного элемента п р; в молекулах соединений, использованных для приготовления стандартного образца, рассчитывают значения параметров

,I , п о ,

-тст « атем ПРИ тех же Усло

1 п виях облучают пробу анализируемого

вещества и измеряют интенсивности I; характеристических рентгеновских 55 излучений всех элементов, содержащихся в нем, в том числе и I; для 1-го элемента.

Но формуле С,

П N

h

.0

i/hi.

5

n

0

рассчитывают начальную (; концентрацию i-ro определяемого элемента п анализируемом веществе.

Дальнейший расчет концентраций определяемых элементов ведут методом фундаментальных параметров, используя вычисленные начальные концентрации С.

Метод фундаментальных параметров позволяет расчетным путем учесть эффекты поглощения первичного и характеристических рентгеновских излучений в пробе, эффекты вторичного возбуждения и т.д. В качестве начальной для расчетов концентрации С° 1-го определяемого элемента выбирают величину, учитывающую измеренные интенсивности Т характеристических рентгеновских излучений всех элементов пробы (в том числе и интенсивность Ц 1-го определяемого элемента) и такие фундаментальные параметры,как выход флуоресценции Wj, W; i-ro и j-ro элементов, скачки S;, S. поглощения, доли Р; , Р: интенсивности, используемой для анализа линии от суммарной интенсивности всех линий используемой серии этих элементов, массовый коэффициент фотопоглощения Ј) первичного излучения i-м и j-м элементами и абсолютные эффективности Ј; , Е регистрации аналитических линий 1-го и j-ro элементов

. ц

с°

k §iil W.P. clyГ iE с- Wi M Ih J К

т;

Vjjj1 w

x 100%.(1)

Так как абсолютные эффективности 6;, f J входят в числитель и знаменатель формулы (1), то можно заменить их на относительные эффективности соти сотч С; , С j регистрации, которые легко

измерить, если внести в каждый стандартный образец известное количество одного и того же элемента, характеристическое излучение которого возбуждается первичным излучением (реперный элемент). Для упрощения этих измерен ний стандартные образцы приготовляют описанным способом. Измеренные от

51566272

1-го стандартного образца интенсив- ности Т ; и Т р характеристических рентгеновских излучений определяемого и реперного элементов могут быть с описаны Формулами, в которых подстрочный знак р относится к реперному эпе (кенту

SJ - 1

SI

.SJLII.

ст

uI i По

где h; , -----j-- и hj

ст

I; NoC,W;

TCT

ПГ(7)

Все приведенные рассуждения приведены для моноэнергетического рентгеновского источника возбуждения, В случае источника возбуждения с линей-- чатым спектром правая часть в форму- Р Отьт о 10 лах 2,3) представлена в виде суммы

слагаемых с весами, соответствующи N0epwp

р

Р л

г„ с

р UPE

Q;V W

ми парциальному вкладу каждой возбуждающей линии. В случае источника возбуждения с непрерывным спектром

де NO - поток первичного излучения, падающего на стандартный образец и пробу анализируемого вещества; Q; - количество молекул химического соединения, содержащего i-й определяемый и реперный элемент,высаженное на i-стандарткый образец;

п -число атомов 1-го определяемого и реперного элемента соответственно в молекуле химического соединения, содержащего 1-й определяемый и реперный элемент. Относительные эффективности Ј

регистрации характеристических

ст

j L /s7 V;;pe pJ

т I Sj 1 D Л. „СТ I т , W) S P CJEnjJIPJ

Умножив и разделив в формуле (1) на

Ј0 величины 6: и Ei и подставив гс.с

)

величины и из формулы

tp 6p

(4) и (5), получим начальную концентрацию 1-го элемента в виде

ст

uI i По

где h; , -----j-- и hj

слагаемых с весами, соответствующи

)

ми парциальному вкладу каждой возбуждающей линии. В случае источника возбуждения с непрерывным спектром

5 (рентгеновская трубка) правая часть этих Формул представлена в виде интеграла по всему спектру возбуждения. Однако в любом случае мы придем к Формуле (6), которая справедлива

20 для любого варианта рентгенофлуорес- центного анализа как с волновой,так и с энергетической дисперсией.

Предложенный способ реализован при анализе образцов нержавеющих ста25 лей на сканирующем рентгенофлуорес- центном спектрометре VRA-30, Анализ проводили с использованием рентгеновской трубки с вольфрамовым анодом (напряжение U 45 кР, ток I

30 30 мА), камеру спектрометра вакуу- мировали,

В качестве реперного элемента выбран хлор. Стандартные образцы готовили путем нанесения на майларовую пленку толщиной 8 мкм растворов соединений определяемых элементов с кислотными основаниями, имеющими в своем составе хлор. Использованы соли FeClj, NiCl, CrCl. Растворение проводили

40 в бидистиллированной воде. Для каждого стандартного образца измеряли интенсивность КрЈ - линии определяемого элемента и К - линии хлора. Измеренные интенсивности затем использовали

.с в расчетах начального приближения концентраций определяемых элементов в пробах. После измерения стандартных образцов измерена серия образцов нержавеющей стали. Измеряли интенсивJQ ности К линий железа, никеля,хрома, которые составляют макрооснову образцов (их суммарное содержание составляет около 99%). После получения- начальных приближений концентраций

55 железа, никеля, хрома по предложенному способу (формула (6)) окончательный состав образцов определяли известным методом Фундлментальных параметров.

35

В табл.1 приведены результаты измерений стандартных образцов, а в тябл. 2 - результаты измерений одного из исследованных образцов непка- веющей стали, а также сравнение результатов анализа предложенным способом с паспортным составом образца нержавеющей стали.

Преимущества предложенного способа по сравнению с известным проявляются при серийных, т.е. массовых анализах. Рассмотрим следующий пример. Допустим, необходимо определить состав 100 различных образцов,которые состоят из трех элементов: железа, никеля и хрома, как в случае нержаве щих сталей. Используя известный способ, надо произвести 300 измерений определяемых элементов в пробах и 300 измерений определяемых элементов в стандартных образцах, итого 600 измерений. Используя предложенный способ, надо произвести 300 измерений определяемых элементов в про бах и всего лишь 6 измерений элементов в стандартных образцах.Таким образом, практически в два раза повышается производительность анализов за счет продолжительности измерений элементов, а если учесть еще и время на установку и смену образцов, то производительность возрастет более, чем в два раза. Снижение стоимости анализа достигается как за счет уменьшения количества стандратных образцов и повышения производительности, так и за счет способа подготовки стандартных образцов, который в отличие от известного способа,где измерения производят в геометрии толстого слоя, не требует больших количеств определяемых элементов, стоимость которых (например, в случае определения золота, платины и т.п.) может быть весьма значительной. Формула изобретени

Способ рентгенофлуоресцентного анализа состава вещества, заключающийся в облучении рентгеновским или гамма-излучением пробы анализируемого вещества и стандартных образцов известного состава, каждый из которых включает по крайней мере один из определяемых элементов, а вся совокупность стандартных образцов вклю-

10

15

20

25

30

чает все элементы, входящие в состав анализируемого вещества, регистрации интенсивностей характеристического рентгеновского излучения определяемых элементов в пробе и стандартных образцах и определении концентраций определяемых элементов методом фундаментальных параметров, отличающийся тем, что, с целью повыченич производительности и снижения стоимости серийных анализов, каждый стандартный образец изготовляют путем нанесения на тонкую пленку из органических материалов, не содержащую определяемых элементов,определенного количества раствора химического соединения, содержащего один из определяемых элементов и реперный элемент, не входящий в состав пленки и имеющий энергию края поглощения меньшую, чем энергия первичного возбуждающего излучения, дополнительно регистрируют интенсивность характеристического рентгеновского излучения реперного элемента и при вычислении концентраций определяемых элементов в качестве их начальных (для расчета) концентраций выбирают величины

i;/hj.

-к™Lif np

i;/h;

где

h:

I Pi nC;T

- интенсивность характеристического рентгеновского излучения i-ro определяемого элемента в пробе;

тсТ

iiDi

IPi.

Ip;- интенсивность характеристического рентгеновского излучения 1-го определяемого элемента и реперного элемента соответственно в i-м стандартном образце;

Пр - число атомов 1-го определяемого элемента и реперного элемента соответственно в молекуле соединения;

N - число определяемых элементов в пробе,

т а б л и ц а 1

Изобретение относится к способам рентгенофлуоресцентного анализа. Целью изобретения является повышение производительности и снижение стоимости при серийных анализах. Пробу анализируемого вещества и набор стандартных образцов, каждый из которых включает один из определенных элементов и реперный элемент, не содержащийся в анализируемом веществе и имеющий энергию K края поглощения меньше энергии первичного гамма излучения, последовательно облучают рентгеновским или гамма-излучением, регистрируют интенсивности всех элементов, содержащихся в пробе и стандартных образцах, и рассчитывают концентрации определяемых элементов методом фундаментальных параметров. Стандартные образцы приготовляют нанесением на тонкую органическую пленку известного количества растворов химических соединений, молекулы которых содержат один определяемый и реперный элементы. В качестве начальных (для расчетов) концентраций определенных элементов используют величину C⁽°⁾=J_I/(H_Iε_J=1J_J/H_I, где H_I=J^стN_рI/J_PIN^ст,N_J=J^стN_рI/J_рIN^с_т

J_I,J_J - интенсивности характеристических рентгеновских излучений I-го и J-го элементов в анализируемом веществе соответственно

N - число определяемых элементов в анализируемом веществе

J^ст,J_рI - интенсивности характеристических рентгеновских излучений I-го и реперного элементов в I-м стандартном образце соответственно, N^ст,N_рI - число атомов I-го элемента и реперного элемента соответственно в молекуле использованного химического соединения.

Fe 429630 Ni 68190 Сг 232140

Таблица 2

61,8 62,5 13,26 13,4 23,72 24,1