книги из ГПНТБ / Плотников Р.И. Флюоресцентный рентгено-радиометрический анализ

УДК 550.835 : 543.426

Плотников P. И., Пшеничный Г. А. Флюоресцентный рентгенорадиометрическшї анализ. Под ред. проф. В. А. Мейера н Н. И. Комяка. М., Атомиздат, 1973,

264с.

Вкниге изложены теоретические основы флюорес­ центного рентгенораднометрического анализа, рассмот­ рены возбуждение и детектирование рентгеновской флюоресценции, способы устранения помех. Особое вни­ мание уделено применению рентгенораднометрического анализа для определения элементного состава горных пород, руд и различных материалов. Рассмотрено при­

менение рентгенораднометрического метода для анали­ за в производственных условиях на потоке н опробова­

ВВ Е Д Е Н И Е

Всовременной промышленности все большее значе­

ние приобретает экспрессный элементный а н а л и з ' с ы р ь я , промежуточных материалов на различных стадиях тех­ нологических процессов и готовой продукции. Своевре­ менно полученные данные по химическому составу пе­ рерабатываемых материалов позволяют оптимизировать технологические процессы, увеличить выход готового продукта и повысить его качество в горнодобывающей,

стоящее время д л я горноперерабатывающих и химиче­

совых анализов, являются геологические и геофизические исследования.

Д л я решения этих задач непригодны традиционные методы химического анализа ввиду их низкой произ­ водительности, ограничивающей массовость проведения анализов, и недостаточной экспрессное™.

К а к известно, обычно результаты экспрессного хими­ ческого анализа могут быть получены через 0,5—1 ч после отбора пробы, причем часто этот промежуток вре­ мени возрастает до нескольких часов, что исключает

В связи со все возрастающей потребностью промыш­ ленности в экспрессном контроле химического состава разнообразных материалов и недостаточностью класси­ ческого химического анализа за последние 20 лет уси­

сцентный, активациоиный и рентгеноспектральный ана­ лизы, радиохимические методы, фотонейтронный, нейт­ ронно- и гамма - абсорбционный анализы и многие дру­ гие.

Среди всех этих методов особое значение для мас­ сового контроля состава природных и промышленных материалов имеет флюоресцентный рентгеноспектраль­ ный анализ, отличающийся своей универсальностью, высокой избирательностью и экспрессностыо. В разви­ тии теории, методики и аппаратуры рентгеноспектраль­ ного анализа выдающийся в к л а д сделан советскими уче­ ными М. А. Блохиным, Н . Ф. Лосевым и др. [1, 2, 3].

В отличие от других перечисленных методов рентге­ носпектральный анализ позволяет определять все хими­

тодов, является его помехоустойчивость. Как правило, интенсивность рентгеновского характеристического из­ лучения не зависит от того, в виде какого соединения входит определяемый элемент в исследуемый материал, и сравнительно мало зависит от присутствия в этом материале других элементов. Влияние состава вмещаю ­ щей среды при рентгеноспектральном анализе практи­

и позволяет в ряде случаев снизить относительную по­ грешность анализа до 0,1—0,2%. Часто точность рент­ геноспектрального анализа ограничивается не погреш­ ностями метода и аппаратуры, а представительностью исследуемого образца и точностью приготовления и контроля эталонов. Экспрессность и производительность

метода очень высоки: если не учитывать время подготов­ ки проб, длительность определений в зависимости от

спектрального анализа, если его проводить без подго­ товки проб, является т а к ж е отсутствие повреждения ис­ следуемого объекта, благодаря чему метод может быть применен д л я неразру\лающего контроля готовых изде­ лий.

I Первоначально для исследования спектрального со­ става идущего от образца вторичного рентгеновского из­ лучения использовалась лишь дифракция от монокри­

10~8 потока вторичного излучения. Это приводит к не­ обходимости применять в качестве источника возбуж ­ дения мощные рентгеновские трубки с водяным о х л а ж ­ дением. В связи с этим кристаллодифракционные рент­ геновские спектрометры, как правило, представляют со­ бой большие стационарные приборы весом порядка 1000 кГ и потребляемой от сети мощностью около 10 кет, требующие зачастую отдельного помещения. Использо­

метров, составляющая величину порядка нескольких де­

вариант метода рентгеноспектрального анализа, осно­

6 порядков повысить светосилу и вместо мощного рент­ геновского генератора использовать д л я возбуждения радиоизотопные источники сравнительно малой актив­ ности.

гие названия: «бескристальпын рентгеиофлюоресцентный анализ», «радиоизотопный рентгеиофлюоресцентный анализ», «рентгеноспектральный анализ с энергетиче­ ской дисперсией» и «рентгенорадиометрический анализ». Последний термин широко распространен в отечествен­ ной литературе . Чтобы не вносить излишней путаницы в название рассматриваемого метода, авторы в данной обобщающей монографии сочли целесообразным при­

ральном анализе с кристаллом - анализатором; в связи с

усовершенствование источников возбуждения и детекто­ ров позволяет успешно анализировать д а ж е такие слож­ ные объекты, как полиметаллические руды и многоком­ понентные сплавы. Интерес к рентгенораднометрическому анализу непрерывно возрастает. Работы по рептге-

ческие приемы определения олова, ниобия, тантала и не­ которых других элементов в порошковых пробках и соз­ дали рентгенорадиометрический спектрометр ВИМС - 58,

жо м .

Ка к правило, эти аппараты предназначались для оп­

В связи с разработкой сцинтилляционных и пропорцио­ нальных счетчиков мягкого рентгеновского излучения и

научно-исследовательских работ выяснилось, что весьма

д а ю щ и м излучением, что обеспечивает высокую порого­ вую чувствительность, доходящую до 10~3—10—1 % - Дру ­ гим преимуществом работы в этом спектральном диапа ­ зоне является простота защиты от неиспользуемого из­

в скважинах, на стенках горных выработок и на обна­

дуктов обогащения, материалов цементной промышлен­ ности, фотопленки и т. д. р а з р а б а т ы в а ю т с я специализи­ рованные анализаторы . Интересным направлением я в л я ­

Новые возможности д л я рентгеновской спектромет­ рии возникли после разработки Эладом и Н а к а м у р о й низкошумящих предусилителей к полупроводниковым детекторам [9, 10]. В настоящее время созданы полу­ проводниковые спектрометрические системы, обеспечи­ вающие в рентгеновском диапазоне разрешение порядка

100—200 эв, что позволяет без каких-либо фильтров разрешить аналитические линии соседних по атомному

фильтрами полупроводниковые рентгеновские спектро­ метры позволяют одновременно определять целый ряд химических элементов, что особенно в а ж н о при эк­ спрессном анализе сложных объектов. Необходимость охлаждения детектора до температуры жидкого азота и

в ближайшем будущем эти трудности будут преодолены. Исключительно высокая светосила и портативность

ниях дл я решения разнообразных задач, многие из ко­ торых принципиально не могут быть решены какимилибо другими методами. В ядерной физике сюда отно­

[16—20]. Не менее важно применение метода в микро­ анализе и растровой электронной микроскопии при ис-

кристаллодифракциоиных диспергирующих систем поз­ воляет снизить ток зонда на 3—4 порядка, что исклю­ чает повреждение биологических образцов пучком элект­ ронов и позволяет получить существенно лучшее линей­

ставляет непосредственный анализ состава поверхности Луны и планет, возможный благодаря портативности аппаратуры . Характерным примером успешного приме­ нения этого метода д л я исследования Л у н ы является ав­ томатическое определение химического состава многих участков лунной поверхности, осуществленное рентгеиорадиометрическим анализатором «Рифма», доставлен­

приборы позволят проводить предварительное исследо­ вание горных пород непосредственно на Луне, не огра­ ничиваясь сбором случайных образцов . Другим интерес­ ным прибором, позволяющим проводить крупномасштаб ­

лунных горных пород, возбуждаемых рентгеновским из­ лучением Солнца, с расстояния 50—100 км.

Еще одной областью применения рентгенорадиометрических спектрометров является изучение состава ар ­ хеологических объектов и произведений искусства (кар­ тин и т. п.) с целью установить их подлинность, дати­ ровку, выяснить географическое происхождение и т. д. [21, 35]. Преимущество такого прибора в данном случае заключается в отсутствии высоких требований к геомет­ рии образца, что позволяет в отличие от дифракцион ­ ного рентгеноспектрального метода осуществить точный анализ без каких-либо повреждений изделия. Представ ­ ляет интерес т а к ж е анализ археологических объектов непосредственно в полевых условиях [36] .

Несмотря на множество ежегодных публикаций по методике и аппаратуре рентгенорадиометрического ана­

имеется довольно большое количество обзоров [21, 37— 64], в основном зарубежных, причем многие из них труднодоступны. К а к правило, эти обзоры касаются