Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

10.81 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2610 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>


наибольшей светосилы, это позволяет			снизить	требова
ния к точности установки образца и			постоянству плот
ности	пробы	(особенно в • коротковолновой		области,
когда	средняя	длина пробега 'излучения в исследуемом

Рис. 36. Основные рентгенооптические схемы:

1 — образец; 2 — фильтр;	3 — коисталл-сцинтиллятор;
4 — радиоизотоп;	5 — экран;	6 — ФЭУ.
материале может быть соизмерима		с	расстоянием		до
о б р а з ц а ) .
При работе с рентгеновскими трубками, когда ин
тенсивность источника в о з б у ж д а ю щ е г о			излучения	вели
ка и, как правило, избыточна, обычно-источник				и	де

тектор ..сил>.ш_1Шллшли^аотсд^ Использование колли-

мированных пучков позволяет	получить в	2—3 раза
более высокую контрастность	по сравнению	с широки

ми пучками [128, 158], но повышаются требования к по стоянству геометрии измерений.

4. Селективные рентгеновские фильтры

При наличии в спектре линий с энергиями, близки ми к энергии аналитической линии, разрешение, обес печиваемое сцинтилляционными или пропорциональными

счетчиками, часто оказывается недостаточным. В этих случаях обычно применяются селективные фильтры, представляющие собой тонкие слои из различных хими

ческих	элементов.
Д л я	всех элементов		пропускание монотонно			растет
с увеличением		энергии,	причем	плавный	ход этой функ-
	SС1	К Са Ті V Сг Мп		Со Си In	Єє-	I

3 ^

10Е,кэ8

Рис.

37.

Кривые пропускания

фильтров

из металли

ческих фолы:

/ — Мо толщиной

1,5 мкм;

2 — kg

толщиной

2 мкм;

3 — Ті

толщиной

20 жк.и; 4 — Ni толщиной

18 мкм. В верхней

части

рисунка приведены Кц-лшпш некоторых элементов.

ции нарушается

скачками

поглощения,

соответствую

щими потенциалам ионизации /(, L и других

оболочек

атома . В

районе

скачка

поглощения

увеличением

энергии п а д а ю щ е г о

излучения

наблюдается

резкое

уменьшение

пропускания.

Подобрав подходящий материал фильтра и его тол

щину, можно достаточно полно отделить

аналитическую

линию

от

более

жесткого излучения. Н а

рис.

приве

дены

кривые

пропускания

некоторых

фильтров.

К а к

видно

из

рисунка,

Мо - фнльтр

позволяет

р а з д е л и т ь

Ко. -линии S и С1,

Ag - фильтр — излучение

и Са, Ті-

фильтр — отделить

излучение

Ті

и V

от

рассеянного

излучения

Мп Л-источннка

Fe 5 5

Ni-фильтр — обеспе

чить раздельное определение Си н Zn, обычно совместно присутствующих в полиметаллических рудах. Н а б л ю дается пологий с п а д кривых пропускания в сторону ма лых энергий, что делает отделение линии от более мяг кого излучения малоэффективным . Тем не менее с по мощью фильтров в некоторых случаях м о ж е т быть до-

стягнуто существенное повышение

избирательности

анализа

и по

отношению

элементам

меньшими

Так,

например,

работе

[159] при определении

Са и

в цементных смесях использо

вание Fe - фильтра позволило

отделить

линии

Fe Ка (6,4

кэв)

Са Ка

(3,7

кэв),

не

разре

шаемые

сцинтилляционным

счетчиком. Пр и определении

А1

использование

АІ-фильтра

повысило

избирательность ана

лиза

не

только

по

отношению

более

т я ж е л ы м

элементам

(Si,

Р, S),

но и по

отношению

к M g

[160].

В а ж н ы м параметром,

ха

рактеризующим

с ел ектив и ы й

фильтр,

кроме

пропускания

выделяемого излучения Ти оп

ределяющего

светосилу

филь

тра,

является

коэффициент

фильтрации

А — отношение

Ті

Т2

— пропусканию

поглощае

20 30 W

SO Ть%

мого

излучения:

А — Т\1Т2.

Т\

Рис.

38.

Зависимость

коэф

определяется

толщиной

филь

тра

и его линейным

коэффи

фициента

фильтрации

от

циентом

поглощения

д л я

вы

светосилы

Т) для

различных

деляемого

излучения

\!L\:T\ =

значении

К-

= ехр(—\х\1).

Более

удобно

пропускание

фильтра

может

быть

в ы р а ж е н о

через

его

поверхностную

плотность

/и

массовый

коэффициент

п о г л о щ е н и я

: 7"і = е х р ( — І П Ц І ) .

Коэффициент

фильтрации

може т

быть

определен

как

А = Т\~К,

где К— U.2/V1 — отношение

коэффициен

тов поглощения поглощаемого и выделяемого

излуче

ний. Н а

рис. 38 и з о б р а ж е н а

зависимость

коэффициента

фильтрации от

светосилы

фильтра

д л я

различных

зна

чений К. К а к видно и з рисунка, уменьшение К

приводит

к уменьшению коэффициента фильтрации А при посто

янном Г] или к снижению светосилы фильтра			при по
стоянном	А. Особенно	критично значение К д л я фильт
ров с большим коэффициентом фильтрации .			Так, на
пример,	при А = 100	уменьшение К от 5 до	3 ведет
к снижению светосилы		фильтра в 3 раза .

Величина К определяется

материалом

фильтра

(его

скачком поглощения) и отношением энергий (или

длин

волн)

выделяемого

поглощаемого

излучений:

К=

~ ^ ( ~ ^ ) 3 '

^ с л

Ф ' И Л Ь Т Р

предназначен

д л я

отделения

аналитической

линии

от

более

мягкого

излучения

(Е\>Е2)

между

этими

линиями отсутствуют скачки

поглощения, то / ( =

{^rj

•

Значения

д л я

некоторых

практически в а ж н ы х случаев

приведены

в табл .

12.

Т а б л и ц а

Характеристики

некоторых

металлических

фильтров

Материал Пропускаемое

Поглощае

£[, кэв

мое

Ег

,кэв

фильтра

излучение

А1

А\Ка

1,49

S i * a

1,74

7,5

А1

A\Ka

1,49

1,26

1,7

Мо

SKa

2,32

2,62

2,5

3,33

3,7

3,8

K * a

Ті

T [ I < a

4,52

M n i C a

5,9

3,94

Ті

T i ^ a

4,52

3,7

1,75

MnKa

5,9

6,4

7,0

8,05

6,4

1,96

8,05

ZnKa

8,65

6,8

МоКа

17,5

20*

4.2

* Некогерентно рассеянное излучение

источника

Cd 1 0 0 .

Рассмотрим

требования

к равномерности

фильтра

по толщине. Так, для клиновидного

фильтра

средней

толщины I с максимальными отклонениями А - пропус

кание

составит

Т" =т

s ^

(2 5)

(.іД

где Т — пропускание однородного фильтра толщиной /. Таким образом, неоднородность по толщине приводит к увеличению пропускания, тем большему, чем больше максимальное отклонение оптической плотности фильтра . Практически наличие неоднородностей приводит к

у м е н ь ш е н ию коэффициента фильтрации без изменения

светосилы фильтра,	т а к к а к	величина щ Д м а л а . - Н а п р и
мер, для фильтра с	Г = 0 , 3 3	и К=5 при А = 0,2/ коэффи

циент фильтрации будет равен 78 вместо 100 для одно родного фильтра, т. е. требования к равномерности фильтров сравнительно невысоки.

Иногда невозможно иметь фильтрующий слой из чи стого химического элемента. В этом случае селективный фильтр может быть изготовлен из смеси тонкоизмель-


ченного элемента			(или	его соединения		с легкими			эле
ментами)	со связующим			органическим		пластиком.
Возможно		т а к ж е нанесение			фильтрующего			слоя	на
подложку	(Be	пли	пластиковая		пленка),		достигаемое,
например,	испарением			в вакууме. Значение			/ (	для	та

кого гомогенного фильтра может быть определено по вы ражению

	cS -f- (1 — с) ll[ Ltі	/ Р,	\я
	с + ( 1 - е ) и,/Ці	V £ о -	/
где с — содержание	фильтрующего	компонента; 5 — его
скачок поглощения	и ,ui/ui — отношение		массовых коэф

фициентов поглощения связующего (пли подложки) и

фильтрующего	компонента	для	выделяемого		излу
чения.
			Т а б л и ц а		13
Значения К для гомогенных фильтров на основе
полиэтилена (для Аг-линин соседних элементов)
	Содержание	фильтрующего помпономта, 0 о
Фильтрующий				3S
.компонент	100	ги		3S
Si	9,5	6,2	4,3	2	7
S	8,2	6,4	5,3	3,5
Т і 0 3	4,8	4,4	3,9	3,2
Fe,03	6,2	5,8	5,5	4,8

В табл . 13 приведены значения К для некоторых фильтров на основе полиэтилена, предназначенных для разделения /(а - линяй соседних элементов. К а к видно из таблицы, с о д е р ж а н и е фильтрующего компонента срав нительно мало влияет на К в спектральной области от

6 кэв и выше, однако этот параметр становится очень кр'итичньш дл я длинноволновой области.

Рассмотрим вопрос о необходимой степени измель чения фильтрующего компонента. Абсорбция рентгенов ского излучения гетерогенными слоями со случайным распределением частиц рассмотрена в работе [161]. Пре небрегая коэффициентом поглощения связующего и при

няв,

что доля

объема,

з а н и м а е м а я фильтрующим

компо

нентом,

равна

0,5, получаем д л я эффективного

коэффи

циента

поглощения

слоя простое

в ы р а ж е н и е

(2.7)

\id

• l n c h -2^

где

размер

частиц, и

—

rU2 d — 2 I n c h — —

Ik эф

(2.8)

1 X 1 э *

(Xid — 2 In ch

К а к

следует

из

уравнения,

увеличением

р а з м е р а

частиц

d от 0 до со К падает от Ко (гомогенный

слой)

до 1, т. е. селективность фильтра

уменьшается

увели

чением

Зависимость коэффициента фильтрации К от оптиче

ской

плотности

частиц

д л я

поглощаемого

излучения

\\2d

при различных

значениях

Ко показана

на

рис. 39.

В табл .

14 приведены

размеры

частиц

д л я

некоторых

химических элементов

и л и и х

соединений

при

\x2d = \.

Т а б л и ц а 14

Размер частиц

некоторых

соединений

с оптической

плотностью,

равной единице

Соединение (элемент)	Поглощаемое излучение	Коэффициент поглощения, см'/г	Размер частиц, мкм	Соединение (элемент)
Si		2800	1,6	Fe 2 0	3
SiC		2040	1,6	CuO
р		2400	1,5	Ga 2 0 3
S		2000	2,5	SrC03
СаО	Sc/Ca	723	4,0	Y 2 0 3
т ю а		320	7,8

5 u
If я	•e-g-5.
	•e-g-5.
Є ї	£ g 3
	284	6,8
	225	7,0
	167	9,4
NbKa	71	38
MoK„	88	23

7 P. И. Плотников, Г. А. Пшеничный	97


Этому	значению	соответствует		уменьшение	коэффи
циента	К приблизительно на		20%.	К а к видно	из рисун
ка и таблицы, необходимая			для обеспечения		высокого

качества фильтров из легких элементов степень измель

чения

достаточно велика и составляет 1—3

мкм.

При

использовании

селектив

ных

фильтров

для

отделения

аналитической

линии

от

более

жесткого флюоресцентного и рас

сеянного

излучений

следует

иметь

виду их

рентгеновскую

флюоресценцию. П о г л о щ а я из

лучение

с энергией,

п р е в ы ш а ю

0.5

1,0

1,5 2,0 .2,5ji2d

щей

потенциал

возбуждения,

фильтр

преобразует

его в

флюо

Рис. 39.

Зависимость ко

ресцентное

излучение,

проходя

щее

через

фильтр

попадаю

эффициента

фильтрации

щее

детектор.

большинстве

К от оптической

плотно

случаев

именно

флюоресценция

сти

частиц

р.2СІ.

фильтров ограничивает

реальную

величину

коэффициента

фильтрации .

Если

принять, что

коэффициент

поглощения

фильт

ром собственного флюоресцентного излучения равен коэффициенту поглощения выделяемого излучения, то коэффициент фильтрации с учетом флюоресценции бу-

/5 1 —і

дет равен	А'=А11	+ W —— ц) , где	5 и W — скачок по
глощения	и выход	флюоресценции	материала фильтра
соответственно; і] — геометрический			фактор, определяе

мый долей излучения фильтра, попадающей в окно де

тектора. В к л а д флюоресценции максимален						для фильт
ра,	непосредственно прилегающего				к окну	детектора.
В	этом	случае
			ехр (—/)		dt.	(2.9)
			Hi'
	Д л я	обычно	применяемых	фильтров с		оптической
плотностью д л я			пропускаемого	излучения		0,5—1 г\| =
= 0,25-^0,2 и предел А' при Л->оо равен						S
= 0,25-^0,2 и предел А' при Л->оо равен						т. е.
						т. е.

достижение высоких коэффициентов фильтрации в такой геометрии возможно лишь в длинноволновой области спектра, когда выход флюоресценции W мал .

В	общем случае доля излучения фильтра,	попадаю
щ а я	в детектор, может быть рассчитана по	выражени

ям, приведенным, например, в работе [162]. Геометриче

ский фактор т) падает с уменьшением угловой	апертуры
пучка, однако такое ограничение апертуры	неизбежно
сопровождается потерей в светосиле. М и н и м а л ь н а я ве

личина т] при заданной геометрии измерений имеет ме сто, когда фильтр расположен на середине расстояния между образцом и детектором.

Другой возможный путь повышения контрастности при измерениях с селективными фильтрами — использо вание двух фильтров, один из которых, расположенный ближе к детектору, поглощает флюоресцентное излуче

ние первого.	Так, например, при определении Fe с воз
б у ж д а ю щ и м	излучением Си К доля флюоресцентного

излучения может быть снижена в 5^—6 р а з при исполь

зовании перед детектором вместо Co-фильтра двух					фильт
ров из Со и Мп с той	ж е	суммарной оптической			плот
ностью.
5. Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е ф и л ь т р ы
Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е	фильтры, предложенные				Россом
[163], представляют собой		совокупность	двух	фильтров
из химических элементов		с соседними	или	близкими

атомными номерами, толщины которых подобраны так, чтобы их пропускание было одинаковым во .всем диапа зоне энергии, кроме интервала между к р а я м и поглоще ния фильтров. Это требование легко может быть выпол

нено, т а к как	скачки поглощения близких по Z	эле
ментов мало	отличаются по величине, и зависимости	и х

коэффициентов поглощения от энергии практически т о ж


дественны. Принцип действия дифференциальных						фильт
ров изображен на		рис. 40. К а к видно		и з рисунка,			р а з -
_ ность скоростей счета, полученных с фильтрами						из	эле
ментов с Z и Z - H , пропорциональна				плотности		потока
излучения в интервале м е ж д у к р а я м и поглощения						фильт
ров, т. е. полоса пропускания дифференциальных						фильт
ров определяется к р а я м и поглощения фильтрующих							эле
ментов. Зависимости разности			пропускания		выделяемой
линии фильтрами		пары и статистической			погрешности
анализа	от толщины фильтров		рассмотрены в			работах
[5, 164].	К а к показывают эти		расчеты,	толщина		фильт-

7* 99

р ов может отклоняться на 30—40% от оптимальной без существенного ухудшения качества фильтров. Практиче ски обычно используют фильтры такой толщины, чтобы для аналитической линии значение Т пропускающего

фильтра

пары

составляло

40—

•ч

60%.

В большинстве случаев диф

ференциальные

фильтры

позво

ляют

выделять

характеристиче

ское

излучение

определяемого

элемента в присутствии элемен

тов

соседними

атомными

но

мерами. Однако попадание в по

лосу пропускания фильтров спек

тральных линий других элемен

тов,

присутствующих

пробе,

приводит

завышению

резуль

Рис.

40.

Кривые про

татов анализа . По данным

рабо

пускания

двух

сба

ты

[5],

при

проведении

анализа

лансированных фильт

по

/(«-линиям присутствие

про

ров из

элементов

бе

1% мешающего элемента

при

атомными

номерами

Z+1.

водит к абсолютному

завышению

результатов

(в процентах):

0,6 — 0,7 для Kat,

0 , 3 - 0 , 4

для

K*t,

0,25 — 0,4 для La,

0,15—0,3 для L P l

3 , 0,1—0,2 для Кр ,

0,01 - 0,06 для / С р „

Lat> L$t, L V l .

работах [5, 164] приведены

таблицы

мешающих

линий

при анализе

дифференциальными

фильтрами .

В случае

присутствия

в исследуемых пробах

мешающих

элементов учет их влияния обычно

не вызывает

каких-

либо трудностей,

т а к к а к их концентрация может

быть

определена

по другим

спектральным

линиям .

настоящее

время

основным

средством

повышения

разрешения

при работе с

пропорциональными

сцин-

тилляционными счетчиками

с л у ж а т

дифференциальные

фильтры .

К а к видно

из

рис.

29,

дифференциальные

фильтры

позволяют

обеспечить

разрешение

от

0,3

кэв

в длинноволновой области д о 2—2,5 кэв в коротковол новой области . Обычно фильтры применяются в сочета нии с амплитудным анализом импульсов, что позволяет

уменьшить в к л а д фонового излучения	и снизить требо
вания к балансировке, т. е. к подбору	толщин фильтров.


Особенно		часто	используются		дифференциальные
фильтры		при анализе		сложных проб, с о д е р ж а щ и х			боль
шое	чисто различных			химических	элементов.	'К	таким
объектам		относятся,		например,	полиметаллические
руды	и некоторые		продукты обогащения .
К	недостаткам		метода дифференциальных			фильтров

относится необходимость проведения двух замеров с по следующим вычитанием и связанное с этим увеличение статистической погрешности (или увеличение времени измерения) . Обычно применение дифференциальных


фильтров, по сравнению		с	измерением		без	фильтров в
тех ж е условиях, приводит			к увеличению		статистической
погрешности измерений в		1,5—2 раза .
6. Отражательные	фильтры
В ультрадлинноволновой области спектра д л я отделе
ния флюоресценции	определяемого			элемента		от более
коротковолнового излучения могут				быть	использованы
о т р а ж а т е л ь н ы е фильтры,		действие		которых		основано на

сильно выраженной зависимости коэффициента отраже ния рентгеновского излучения от его энергии и угла па

дения [165, 166].
К а к	показано в работах [167, 168], при определении
Be и В	микроанализатором использование о т р а ж а ю щ е г о
фильтра	из полистирола позволило получить	высокую
контрастность, лишь немного уступающую		контраст

ности с кристаллом - анализатором, при существенно большей скорости счета.

7. Технология изготовления фильтров

В первых работах [169] использовались фильтры, из готовленные из порошка требуемого элемента или его

окисла	с парафином в качестве	связующего.		Значи
тельно более прочные фильтры этого типа могут				быть
изготовлены прессованием смеси		фильтрующего		компо
нента	с полиэтиленом, полистиролом и некоторыми дру
гими пластиками . Методика изготовления таких				фильт
ров и их характеристики приведены в р а б о т а х			[77, 170].
Содержание фильтрующего компонента в			фильтрах

на пластмассовой основе доходит до 50%, что позволяет при условии достаточного измельчения компонентов обе спечить высокое качество фильтров из элементов с Z

10.1

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2610 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
20.10.20238.28 Mб7Пластическое деформирование металлов [сборник статей]..pdf
#
29.10.20233.63 Mб11Пластмассы заменяют металлы..pdf
#
25.10.202314.53 Mб5Платонов В.И. Экономические проблемы технического прогресса в хлопководстве.pdf
#
29.10.20233.44 Mб9Плиско В.А. Электронные машины в военном деле.pdf
#
24.10.202311.48 Mб13Плотников Л.А. Огнеупоры в черной металлургии учеб. пособие для учащихся техникумов.pdf
#
24.10.202310.81 Mб8Плотников Р.И. Флюоресцентный рентгено-радиометрический анализ.pdf
#
20.10.20238.04 Mб4Победря, Б. Е. Лекции по тензорному анализу учебное пособие.pdf
#
23.10.20238.32 Mб8Повилейко Р.П. Архитектура машины. Художественное конструирование. Проблемы и практика.pdf
#
25.10.202317.67 Mб26Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении.pdf
#
21.10.202310.04 Mб14Повх, И. Л. Магнитная гидродинамика в металлургии.pdf
#
21.10.20238.94 Mб9Повышение несущей способности механического привода..pdf