Материал: LS-Sb89582

Чтобы получить спектральное распределение флуоресцентного рентгеновского излучения, можно использовать один из двух следующих методов:

–зависимость амплитуды электрических импульсов некоторых детекторов от энергии регистрируемых квантов (на этом основана энергодисперсионная спектрометрия – ЭДС);

–дифракцию рентгеновского излучения на кристаллах (на этом основана кристалл-дифракционная спектрометрия – КДС).

Недостатком анализа является высокая зависимость результатов определения от матрицы (основного элементного состава), что не позволяет выполнить единую градуировку для широкого диапазона различных веществ. Так, вещество, более сильно поглощающее рентгеновское излучение, будет при той же концентрации примеси давать меньшую интенсивность характеристического излучения и, следовательно, меньшее значение концентрации.

Также сложность анализа заключается в том, что линии характеристического излучения некоторых элементов располагаются достаточно близко друг к другу, вследствие чего возникают ситуации, когда их достаточно сложно разделить и прибором регистрируется некое суммарное их значение, не соответствующее действительной концентрации исследуемого элемента.

В свою очередь, сложность в анализ вносит наложение на спектр характеристического излучения от образца первичного излучения от анода рентгеновской трубки, рассеянного на образце. При этом предъявляются дополнительные требования к аноду используемой в приборе РТ, – его мишень должна быть изготовлена из достаточно редко встречающегося в природе элемента, чтобы он не совпадал с исследуемыми веществами, или же требуется использование анода со сменными мишенями. В том числе необходима фильтрация первичного излучения в области энергий, равной и меньшей энергии исследуемых линий.

Главным достоинством метода является возможность получения достаточно высокой точности измерений, отсутствие сложной пробоподготовки образцов и разрушения их в процессе измерения.

Метод рентгенофлуоресцентного анализа позволяет анализировать вещества в большом диапазоне концентраций. Минимальные анализируемые концентрации определяются интенсивностью характеристического излучения различных элементов и составляют от миллионных долей (ppm) до долей процента. Верхнего предела обнаружения у метода нет. Метод позволяет анализировать до 2–3 десятков химических элементов, аналитические линии которых

11

расположены в широком спектральном диапазоне (от Mg12 до U92), в образцах сложного произвольного состава. Такие задачи часто ставятся в геохимии и геологии, при контроле загрязнений окружающей среды, в криминалистике.

Подготовить правильно пробу к анализу – это значит приготовить такой образец, излученная интенсивность аналитической линии которого зависела бы только от концентрации определяемого элемента и химического состава наполнителя анализируемого вещества.

Растворы подготавливать наиболее просто, они всегда однородны и представительны. Если по какой-либо причине произошло расслоение состава раствора, то это можно устранить простым встряхиванием.

Жидкие излучатели имеют следующие недостатки:

1.При анализе агрессивных растворов портятся приборы, так как жидкость испаряется и есть вероятность попадания ее на аппаратуру.

2.При нагревании изменяется объем излучающего слоя жидкости, что приводит к снижению интенсивности аналитической линии в случае ненасыщенных (вследствие диафрагмирования) слоев излучателей. Для устранения этого недостатка применяют охлаждение держателей образцов.

3.Под действием рентгеновского излучения некоторые элементы выпадают из растворов в виде осадка, что приводит к изменению состава пробы.

4.Недостаточная чувствительность анализа.

5.При заполнении кювет раствором пузырьки воздуха прилипают к их поверхности, что уменьшает объем пробы. Поэтому жидкие образцы удобнее анализировать на спектрометрах, в которых рентгеновская трубка облучает образец снизу.

Перечисленные недостатки являются причиной того, что, несмотря на простоту определения элементов в жидкой пробе, раствор нередко переводят каким-либо способом в сухое вещество, а затем анализируют.

2.2. Описание лабораторной установки

Для экспериментальных исследований используется рентгенофлуоресцентный анализатор БРА-18 (см. лабораторную работу № 1).

Схема эксперимента с раствором представлена на рис. 2.1, где показан объем, в котором происходит флуоресцентное возбуждение анализируемых элементов.

Аналитическими характеристиками являются:

– интенсивность и контрастность линий, которые измеряются в эксперименте;

12

1.5.В программе AIPTP зайти в раздел «Спектр», в выпавшем окне выбрать команду «Читать». Выбрать на рабочем столе папку «Калибровка».

Впапке открыть файл «Fe–Ni–Cu, 6-4».

1.6.На экране появится спектр калибровочного образца. Войти в раздел «Обработка». Нажать «Калибровка». Справа откроется таблица энергий аналитических линий.

1.7.Курсор увести вправо от спектра, нажать 2 раза левой кнопкой мыши. Справа от спектра появится зеленая линия. Перейти курсором влево и встать на линию NiKα и нажать 1 раз. На линии NiKα появится зеленая ли-

ния. Перенести курсор на линию Cu Kα , нажать 1 раз. В таблице энергий нажать кнопку «Применить».

1.8. В разделе «Обработка» нажать «калибровка» – окно закроется. Калибровка завершена. Удалить калибровочный спектр.

2. Проведение измерений калибровочных образцов.

2.1.Налить растворы из емкостей в кюветы. Кюветы расположить на листе белой бумаги с надписью концентраций.

2.2.Убедиться, что на приборе БРА-18 выставлен режим 6-4.

2.3.Убедиться, что красный фонарь и светодиод «РЕНТГЕН» не горят!

2.4.Взять кювету с минимальной концентрацией и установить в измерительное окно БРА-18.

2.5.Убедиться, что бумага под кюветами сухая!

2.6.В случае протекания заменить кювету на запасную.

2.7.После установки кюветы в измерительное гнездо закрыть крышку камеры образцов.

2.8.На высоковольтном блоке нажать белую кнопку «ВКЛ». Подождать 20 с, шум источника увеличится, и загорятся светодиод и красный фонарь «Рентген» на верхней крышке анализатора. Это означает, что рентген включен и рентгеновская трубка дает поток первичного излучения.

2.9.Крышку прибора теперь открывать нельзя!

2.10.Подождать 3 мин, пока показания на индикаторах высокого напряжения и тока рентгеновской трубки остановятся.

2.11.В программе AIPTP нажать кнопку «С».

2.12.В программе AIPTP нажать кнопку «А». В левом нижнем углу появится время измерения (Р – общее, Ж – живое). Измерить спектр за 100 с, при этом значение «Ж» должно стать «Ж – 100 сек.». Нажать кнопку «Е», чтобы остановить набор спектра. Затем нажать кнопку «R», которая выведет спектр измеренного образца на экран.

14

2.13.Войти в раздел «Обработка», выбрать режим «Интервалы».

2.14.Справа появится таблица интервалов, которая дает значения набранного числа импульсов в выделенных интервалах за 100 с.

2.15.Записать значение Fe в протокол. Также записать значение интенсивности рассеянного излучения (Nk и Nn).

2.16.Нажать на высоковольтном блоке красную кнопку. При этом красный фонарь «Рентген» должен погаснуть.

2.17.Вынуть кювету и вылить содержимое в соответствующий контейнер.

2.18.Сполоснуть кювету дистиллированной водой и слить в отходный контейнер.

2.19.В завершение провести измерение с кюветой дистиллированной воды. 3. По окончании измерений выключить прибор кнопкой «Сеть». Вы-

ключить компьютер.

2.4.Обработка результатов

1.Рассчитать пределы обнаружения анализируемых элементов в растворе по стандартной процедуре в единицах, в которых заданы концентрации элементов (в данном случае в процентах):

Cпр = 3Сэл ,

KIt

где Cэл – концентрация анализируемого элемента в растворе, %;

15