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

Изобретение относится к способам флуоресцентного рентгенорадиометри- ческого анализа состава вещества и может быть использовано при количест- венном определении содержаний элементов в образцах сложного химического состава.

Целью изобретения является повышение точности анализа при использо- вании излучений с энергией, для которой в анализируемом веществе практически наблюдается лишь один вид рас

На фиг. 1 изображены зависимости дифференциальных массовых коэффициентов когерентного и некогерентного рассеяния от отношения интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного излучения; на фиг. 2 - зависимости дифференциального массового коэффициента когерентного рассеяния излучения с различными энергиями Е, от дифференциального массового коэффи- циента когерентного рассеяния излучения с энергией Е2; на фиг. 3 то же, для некогерентного рассеяния;, на фиг. b - градуировочные зависимости массового коэффициента когерентно- го и некогерентного рассеяний излучения с энергией Ef от отношения интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного излучения с энергией на фиг. 5 - градуировочная зави- симость содержания цинка от величины

fa2 d6K

n-fc-f на Фиг- 6 - градуировочная

зависимость содержания свинца от велиtf Й1. -

чины

N« dft

В предлагаемом способе рентгено- флуоресцентного анализа как и в известном способе содержание определяв мого элемента находят по значению

N dfr

кг

N

d6

нк

SF dJff или

величины

и ™ а.ки 1

где N, , N к - интенсивности соответственно характеристического рент- геновского излучения определяемого элемента, когерентно и некогерентно рассеянного анализируемым веществом гамма-излучения с энергией Е,;

. , КГ it НК1

т-гТ, дифференциальные массо-

вые коэффициенты соответственно когерентно и некогерентно рассеянного излучения с энергией Е

При этом значения массовых кс циентов рассеяния можно найти (как это делают в известном способе) по значению экспериментально измеренного Т го отношения интенсивностей

1

когерентно и некогерентно рассеянного анализируемым веществом излучения с энергией Е., , служащей для возбуждения характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента , по зависимостям (фиг. 1), Где кривой 1 изображена зависимость

d&

кг

,N

кг

d6

нк

а(у, - ,и t v „„ а э. dSf f( a КРИВОИ 2 dfl

N КГ - а(). Этот известный способ

нахождения массовых коэффициентов

рассеяния осуществим, если между энергией Е1 и энергией некогерентно рассеянного излучения не попадает ни одна энергия ни одного из основных элементов анализируемого вещества и энергия Е достаточно далека от энергии края поглощения основных и определяемого элементов так, что аномаль ное рассеяние не сказывается, а такж если дифференциальные массовые коэфd6T d6HK

фициенты рассеяния и --- сравнимы по величине. Если последнее условие не соблюдено, то один из пиков рассеянного излучения в спектре практически отсутствует и погрешность опAi. КГ

do 1

ределения -:-„- или недопустимо d SJ d il

велика.

Однакй существует определенная аналитическая зависимость между дифференциальными массовыми коэффициентами рассеяния излучений с различными энергиями. Поэтому определение массовых коэффициентов рассеяния тем же способом возможно, если облучение анализируемого вещества осуществлять излучением с энергией Е2, для которой оба процесса рассеяния имеют сра кгj ,

dbtd Ьг

внимые значения :,- массовы

d мd it

коэффициентов рассеяния. Энергия Е2 должна удовлетворять сформулированны условиям выбора энергии излучения, используемого для определения массовых коэффициентов рассеяния.

В качестве доказательств однозначности зависимостей между дифференциальными массовыми коэффициентами

рассеяния для различных энергии излучения (фиг. 2 и 3) приведены расчетные зависимости

d& i d6 2

dSf °Т dlf

для Е, 11,22 кэВ и Е 22,16 кэВ

(кривая 3)

и Е. 17,48 кэБ и Ег 22,16 кэВ

т

(кривая 4),

НК

j , кк ,

О 6 1 а&г.

ГД- от an

для Е 59,6 кэВ и Et 22,16 кэВ (кривая 5)

и Е, 122 кэВ и Ег 22,16 кэВ (кривая 6).

Способ осуществляют следующим образом.

Образец анализируемого вещества облучают потоком рентгеновского или гамма-излучения с энергией Е,, регистрируют потоки квантов характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента N и когерентн

рассеянног

N г или некогерентно Мнк

первичного излучения и вычисляют отN N ношение --&- или --„-„-.

Y4

Затем готовят серию стандартных образцов с различным и известным элементным составом, имитирующих весь возможный диапазон изменения вещественного состава анализируемого вещества. Облучают их потоком рентгеновского или гамма-излучения с энергией Ег и регистрируют потоки квантов когерентно мЈги некогерентно янных излучений.

Рассчитывают значения дифференциальных массовых коэффициентов когерентного и некогерентного рассеяний веществом стандартных образцов излучения с энергией Е1 и строят гра дуировочные зависимости

d6V N$r. d&r f,NK/ dft Md6 - f(Nr-}

Затем облучают исследуемую пробу рентгеновским или гамма-излучением

N Јкрассес энергией Е,

сивности когерентно рертно N

и регистрируют интен- NY и некогенк

Вырассеяных излучении.

N КГ числяют отношение гЛ для исследуе d6f ..NT .

мои пробы и по графику n f (

,N

А ««

a to i ,. ,ч ъ -.

или -«- f(FFrK-),

определяют значение массового коэффициента рассеяния с энергией Е,, которое исполь0

5

0

5

0

5

зуют для расчета содержания определяемого элемента с учетом градуировочной зависимости

С f(

N d6

КГ

ИЛИ

dfi

,J-

,,,,НК

Пример 1, Предлагаемым способом определяют содержание цинка в контрольных пробах с известными значениями содержаний элементов, содержание цинка в них колеблется от 0,9 до 19,2%, свинца от 0,03 до 5,48%, BaS04 от 1,34 До 81,34%.

Возбуждение характеристического рентгеновского излучения цинка осуществляют излучением (Е 11,22 кэВ) селеновой мишени, облучаемой излучением маломощной рентгеновской трубки 0,005БХ-1 с молибденовым анодом. Для измерения дифференциального массового коэффициента когерентного рассеяния используют излучение радионуклидного источника кадмий-109 с энергией Ег 22,16 кэВ, активностью 10 мКи. Вторичное излучение детектируют кремний- литиевым полупроводниковым детектором с разрешением 200 эВ по линии 5.9 кэВ.

Напряжение, подаваемое на трубку, равно 35 кВ при токе накала 80 мкА. Геометрические углы падения первичного излучения и отбора вторичного излучения составляют 30 и 90° соответственно. Измерения проводят на 1024- канальном анализаторе при времени наблюдения 400 с.

Подготавливают серию стандартных образцов из химически чистых реактивов окисей кремния, кальция, бария, цинка, свинца и BaSO, для которых рассчитывают значения массовых коэффициентов когерентно рассеянного излучения с энергией Еп 11,22 кэВ при угле рассеяния 0 120° по следующей Формуле в см2/г):

А/ кг

i

(° 571 Со+ 1478 CS, + Ь858 С5 +

2,711

сс«+

4,901 Czn+ 9,968 Свв) х

х Ю-2

где Сл, С,

С,

С во, - с° 0 S, S l Coi 2г. держания в стандартных образцах соответственно кислорода, кремния, серы, кальция, цинка и бария.

Измерения стандаотных образцов и анализируемых веществ, измельченных до 200 меш, осуществляют в кюветах диаметром 26 мм и высотой 6 мм. Градуировочная зависимость

,, КГ .., К.Г

ас 1 ,N 2

Ј(пнк) приведена в виде кривой 7 (фиг. f).

Затем анализируемые вещества об- лучают характеристическим рентгеновским излучением селена с энергией Е .j 11,22 кэВ, регистрируют интенсивности характеристического излучения цинка N2 (в участке спектра, COOT- ветствукщего К -линии) и когерентно рассеянного К л-излучения селеновой мишени и вычисляют отношение

N

2п

fjTTr интенсивности характеристичен

кого излучения цинка к интенсивности когерентно рассеянного первичного излучения. Затем пробы анализируемых веществ облучают потоком квантов излучения радиоизотопа кадмий-109 с энергией Е2 22,16 кэВ, регистрируют потоки квантов когерентно N г и некогерентно N Јк рассеянных излучений, вычисляют отношение

и по градуировочному графику

(фиг. А, кривая 7) определяют значения массового коэффициента когерентно рассеянного излучения анализируемых веществ для энергии Е( 11,22 кэВ. Полученные значения умножают на ранее

м КГ

N 1

„ N

2п

найденные значения отношений s-K

и 1 и по градуировочным зависимостям

N d is Kr С г f(jprr- ) построенным по

результатам измерений образцов с аттестованными значениями содержаний цинка, находят содержания цинка в . пробах анализируемых веществ. Результаты измерений нанесены на градуиро- вочный график (фиг. 5)

Пример 2. Предлагаемым способом определяют содержания свинца в тех же пробах, что и в примере 1. Используют те же стандартные образцы Возбуждение К-серии свинца осуществляют гамма-излучением источника кобальт- 57 с энергией Е., 122 кэВ. Для определения массового коэффициента некогерентного рассеяния используют излучение источника кадмий-109 с энергией Е4 22,16 кэВ. Детектиро

вание, вторичного излучения осущс. вляют на той же установке.

1 Измерения стандартных образщ в осуществляют в кюветах диаметром 26 мм и высотой 6 мм. Построенная по результатам измерений Градуировочная

5

м к ,N 2

П

с

зависимость --Ј- f(--H) приведена

в вид кривой 8 (фиг. k).

Измерение проб анализируемого вещества осуществляют в условно-тонких слоях с поверхностной плотностью 0,08 г/см, обеспечивающих независимость результатов измерений от различий в абсорбционных характеристиках исследуемых проб. Исследуемую пробу облучают потоком излучения радионуклида кобальт-57 с энергией Е. 122 кэВ, регистрируют интенсивности характеристического излучения свинца N ръ (в участке спектра, соответствующего Калинин) и некогерентно рассеянных первичных излучений N к и

вычисляют отношение интенсивностей NPb

Затем пробу исследуемого вещества помещают в кювету диаметром 26 мм и высотой 6 мм, облучают потоком квантов излучения радиоизотопа кадмий-109, регистрируют потоки квантов когерентно N г и некогерентно

NnH...и

j рассеянных излучении с энергией

Е4 22,16 кэВ, вычисляют отношение

N 4Г

и по графику (фиг. 4, кривая 8)

и ,j

определяют значение массового коэффиd6

нк

0

циента Тд-- некогерентно рассеянного

анализируемым веществом излучения с энергией &и 122 кэВ. Полученное

d6H

значение умножают на найденное

отношение и по градуировочному

графику (фиг. 6), построенному по измерениям на пробах с аттестованными значениями содержаний свинца, определяют содержание свинца в исследуемом веществе. Результаты измерений наносят на градуировочный график (фиг. 6).

В примерах 1 и 2 известный способ не позволяет получить приемлимых результатов, так как интенсивности когерентно и некогерентно рассеянных излучений с энергией Еп, наиболее пригодной для возбуждения характеристического излучения определяемого элемента, не сравнимы по величине.

Использование предлагаемого способа анализа позволяет в несколько раз повысить точность измерения содержаний определяемых элементов.

Формула изобретения

Способ рентгенофлуоресцентного анализа состава вещества, заключающийся в облучении образца анализируемого вещества рентгеновским или гамма-излучением с энергией Ef , выбранной из условия, что между ней и энергией некогерентно рассеянного образцом излучения не попадает энергия ни одного края поглощения ни одного из основных элементов анализируемого вещества, регистрации интен- сивностей характеристических рентгеновских излучений определяемых элементов, когерентно или некогерентно рассеянного образцом излучения, определении дифференциальных массовых

Г

коэффициентов когерентного :-„- или

d6 - d Я

некогерентного т рассеяния излучения анализируемым веществом и нахождении содержаний определяемых элементов с учетом значений отношения измеренных интенсивностей и найденного дифференциального массового коэффициента рассеяния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа при использо08 16 2,4 3,2 Ь,0

1 . i

вании излучений с энергией, для которой в анализируемом веществе практически наблюдается лишь один вид рассеяния, образец анализируемого вещества и набор стандартных образцов с различным и известным составом дополнительно облучают рентгеновским или гамма-излучением с энергией Е, удовлетворяющей условию выбора энергии Е и дополнительному условию, заключающемуся в том, что для нее дифференциальные массовые коэффициенты когерентного и некогерентного рассея- ния анализируемым веществом сравнимы друг с другом, регистрируют интени некогерент

кг

сиености когерентно N „ н«тно N Ј рассеянного излучения, рассчитывают массовые коэффициенты коге, d6«rd6KK

рентного --- и некогерентного d 51d J2

рассеяния излучения с энергией Е, веществом стандартных образцов, строd6

кг

U(J 1

- ят градуировочные зависимости --v- эа я

КТ ГJ А КГ

кт кг

f(-2--)

чэд нк 1

л ИК

., 9 f/ ilJL- i И dfl f(N«K }

по результатам измерении отношения интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного стандартными образцами излучения с энергией Е и определяют значение требуемого массового коэффициента рассеяния анализируемым веществом излучения с энергией Е f по значению отношения интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного анализируемым веществом излучения с энергией Е

Изобретение относится к способам флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества и может быть использовано при количественном определении содержаний элементов в образцах сложного химического состава. Целью изобретения является повышение точности анализа при использовании излучения с энергией, для которой в исследуемом веществе практически наблюдается лишь один вид рассеяния. Образец исследуемого вещества облучают рентгеновский или гамма-излучением с энергией Е, такой, что между ней и энергией некогерентно рассеянного излучения не попадает энергия ни одного края поглощения ни одного из основных элементов исследуемого вещества. Регистрируют интенсивности характеристических рентгеновских излучений определенных элементов и когерентно или некогерентно рассеянного излучения. Если интенсивность либо когерентно, либо некогерентно рассеянного излучения мала, то облучают образец исследуемого вещества излучением другой энергии Е 2, которая, кроме удовлетворения условию для выбора энергии Е 1, еще и такова, что для нее массовые коэффициенты когерентного и некогерентного рассеяний исследуемым веществом сравнимы друг с другом. Регистрируют отношение N 2/N 2 интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянных излучений и по предварительно построенным градуировочным зависимостям дифференциальных массовых коэффициентов рассеяний @ и @ стандартными образцами излучения с энергией Е 1 от отношения N 2/N 2 определяют значение @ или @ для исследуемого вещества. С учетом этих величин находят содержания определяемых элементов. 6 ил.

Отн-ед

/У/7/УЛ

Фиг,1

, езншо

ft Z 94 80

ЈВПф

zOl tSP/J P Z L II 01 6V B Q

„l

, ,1гпФ

zOtxlSP/jfcp г/гЮ

ti Z 01 9 i Z l 80 W

,

B 0

ОЦ

$

,OL

vw

т

UP

W

h r$

2 20851

0,5

$

I

и ПК

Ъ «и

I

Ю

12 С гп, %