Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ - элементный анализ вещества по его рентгеновскому спектру. Качественный Р. а. выполняют по спектральномуположению линий характеристич. спектра испускания исследуемого образца;его основа - Мозли закон. Количественный Р. а. осуществляют по интенсивностямэтих линий. Методами Р. а. могут быть определены все элементы с ат. номерамиZ > 9 (в. нек-рых случаях и более лёгкие).

Наиб. распространено возбуждение рентг. флуоресцентного спектра (вторичногоспектра) образца падающим на него первичным излучением рентг. трубки. Пределобнаружения элементов по вторичным флуоресцентным спектрам составляет ~10^-3-10^-4%; при анализе по третичным спектрам (вторичной флуоресценции), а такжепри возбуждении рентг. излучения протонами с энергией 1-2 МэВ предел обнаруженияэлементов снижается до ~10^-5-10^-6 %. Относит. точностьколичественного Р. а. вдали от предела обнаружения может достигать 1% именее.

Анализ валового состава по флуоресцентному излучению образцов - высокопроизводительный(весь процесс анализа занимает 5-10 мин) и неразрушающий метод хим. анализатвёрдых тел. Р. а. производят по одной из наиб. интенсивных линий в спектреанализируемого элемента (т. н. аналитич. линии). Зависимость интенсивности I такой спектральной линии от содержания С _А элементаА в пробе (аналитич. график) может быть построена по стандартным образцамизвестного состава.

Рис. 1. Аналитический график при различных коэффициентах поглощенияматрицы равнокоэффициенту поглощения анализируемого элемента ;

Исследуемая проба состоит из анализируемого элемента и матрицы - всейостальной части пробы. Вид аналитич. графика зависит от поглощат. способностиматрицы и анализируемого элемента: если они одинаковы, график представляетсобой прямую (рис. 1), если матрица поглощает больше (меньше), чем анализируемыйэлемент, то график - кривая, обращённая выпуклостью вниз (вверх). Интенсивностьаналитич. линии сильно зависит от состава матрицы и гетерогенности пробы(крупности зёрен). Существуют разл. методы преодоления этих трудностей, <связанные в осн. со спец. приготовлением пробы.

Один из наиб. распространённых методов Р. а.- метод внутр. стандартасостоит в том, что в пробу добавляют известное кол-во элемента В, соседнего(по периодич. системе элементов) с анализируемым элементом А. Интенсивностьаналитич. линий элементов А и В, расположенных в спектре близко один отдругого, с изменением состава матрицы изменяется почти одинаково. Затемстроят зависимость отношений интенсивностей линий А и В от отношения ихконцентраций. Существует также метод, основанный на введении в пробу неск. <разл. добавок анализируемого элемента А, построении графика зависимости интенсивности I _А (за вычетом фона) от и экстраполяции его до абсциссы, т. е. до значения I _А= 0, для отсчитывания значения -.Искомое значение

Метод разбавления пробы нейтральной средой заключается в том, что элементом, <мало влияющим на интенсивность аналитич. линии, разбавляют пробу в 5-10раз, тем самым снижая влияние мешающих элементов; его применяют в том случае, <когда содержание определяемого элемента достаточно велико.

В поточном произ-ве часто производят Р. а. на все элементы пробы, длячего служат методы внеш. стандарта, в к-рых по интенсивностям аналитич. <линий и соответствующих линий стандартных образцов находят содержание элементовв пробе. Один из таких методов - метод множественной регрессии; в нём дляопределения концентрации С _м элемента М используют полином:

где I_Q и I_M - интенсивности линийQ-гo и M-го элементов пробы. Коэф. определяют по стандартным образцам, <число к-рых достигает неск. десятков. Малые члены полинома не учитывают, расчётыосуществляют на ЭВМ. Возможности метода ограничены необходимостью большогочисла стандартных образцов и зависимостью коэф. от области концентраций. <Метод теоретич. поправок предполагает аддитивность поправок, вносимых каждымэлементом матрицы в интенсивность аналитич. линии. Если интенсивность аналитич. <линии элемента А в пробе I _А, а эталоне I _{А, <эт},то в первом приближении концентрация

В том случае, когда концентрации элемента М в пробе и в эталоне малоотличаются одна от другой , концентрацию С _А находят по ф-ле:

где а _АМ - поправка на элемент М; такие поправки могут бытьнайдены теоретически для каждой пары AM элементов. Концентрацию С _А находят с помощью последоват. приближений, в расчётах используют ЭВМ.

В методе фундам. параметров используют точную аналитич. зависимостьинтенсивности аналитич. линии элемента от осн. физ. параметров пробы, найденнуюдля смешанного характеристич. и тормозного первичного излучения рентг. <трубки.

Рис. 2. Зависимость предела обнаружения С _мин от атомногономера элемента Z при анализе по линиям К и L-серий.

Предел обнаружения концентраций С _мин при флуоресцентномР. а. зависит от ат. номера Z элемента и от серии ( К и L), к к-рой принадлежит аналитич. линия (рис. 2). Методы флуоресцентногоР. а. нашли применение на обогатит. фабриках цветной металлургии (для экспрессногоанализа продуктов флотации, определения меди в шлаках), в чёрной металлургии(для анализа руды, кокса, сплавов, сталей разных марок), на цементных заводах(для анализа сырьевых смесей) и т. д. Разработаны также методы Р. а. свозбуждением спектра радиоактивным излучением (рентгено-радиометрич. анализ);соответствующая аппаратура малогабаритна, её вес невелик. Эти методы используютв полевых условиях, с их помощью осуществляют каротаж скважин. Методамифлуоресцентного Р. а. определяют состав и толщины тонких плёнок, для чегоразработано неск. итерационных методов. Анализ жидкости (напр., нефти насодержание серы) осуществляют по поглощению ею рентг. излучения, к-роеизмеряют рентг. фотометром.

Рентгеновский микроанализ (локальный анализ) участков пробы ~1-3 мкм ² выполняют с помощью электронного зонда в микроанализаторе. Электронныйзонд формируют с помощью электростатич. и магн. фокусировки до сечениядиам. ~1 мкм. Анализ осуществляют по рентг. излучению образца, к-рое разлагаютв спектр с помощью рентг. спектрометра. В этом методе вводят поправкина Z определяемого элемента, поглощение его излучения в пробе иего флуоресценцию, возбуждаемую тормозной компонентой излучения и характеристич. <излучениями др. элементов в пробе. Микроанализ применяют при исследованияхвзаимной диффузии 2- и 3-компонентных систем, процессов кристаллизации, <локальных флуктуациях состава сплавов и т. д.

Лит.: Б л о х и н М. А., Методы рентгеноспектральных исследований, <М., 1959; Лосев Н. Ф., Количественный рентгеноспектральный флуоресцентныйанализ, М., 1969; Плотников Р. И., Пшеничный Г. А., Флуоресцентный рент-генорадиометрическийанализ, М., 1973; Физические основы рентгеноспектрального локального анализа, <пер. с англ., М., 1973; Электронно-зондовый микроанализ, пер. с англ.,М., 1974; Афонин В. П., Гуничева Т. Н., Рентгеноспектральный флуоресцентныйанализ горных пород и минералов, Новосиб., 1977; Лосев Н. Ф., СмагуноваА. Н., Основы рентгеноспектрального флуоресцентного анализа, М., 1982;Рентгенофлуоресцентный анализ, под ред. X. Эрхардта, пер. с нем., М., 1985;Бахтиаров А. В., Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ в геологиии геохимии, Л., 1985; Рентгенофлуоресцентный анализ, под ред. Н. Ф. Лосева, <Новосиб., 1991. М. А. Блохин.