рентгеноспектральный анализ

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

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

Анализ валового состава по флуоресцентному излучению образцов - высокопроизводительный (весь процесс анализа занимает 5-10 мин) и неразрушающий метод хим. анализа твёрдых тел. Р. а. производят по одной из наиб. интенсивных линий в спектре анализируемого элемента (т. н. аналитич. линии). Зависимость интенсивности I такой спектральной линии от содержания С_А элемента А в пробе (аналитич. график) может быть построена по стандартным образцам известного состава.

Рис. 1. Аналитический график при различных коэффициентах поглощения матрицы равно коэффициенту поглощения анализируемого элемента;

Исследуемая проба состоит из анализируемого элемента и матрицы - всей остальной части пробы. Вид аналитич. графика зависит от поглощат. способности матрицы и анализируемого элемента: если они одинаковы, график представляет собой прямую (рис. 1), если матрица поглощает больше (меньше), чем анализируемый элемент, то график - кривая, обращённая выпуклостью вниз (вверх). Интенсивность аналитич. 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. стандарта состоит в том, что в пробу добавляют известное кол-во элемента В, соседнего (по периодич. системе элементов) с анализируемым элементом А. Интенсивность аналитич. линий элементов А и В, расположенных в спектре близко один от другого, с изменением состава матрицы изменяется почти одинаково. Затем строят зависимость отношений интенсивностей линий А и В от отношения их концентраций. 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 5-10 раз, 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, для чего служат методы внеш. стандарта, в к-рых по интенсивностям аналитич. линий и соответствующих линий стандартных образцов находят содержание элементов в пробе. Один из таких методов - метод множественной регрессии; в нём для определения концентрации С_м элемента М используют полином:

где I_Q и I_M - интенсивности линий Q-гo и M-го элементов пробы. Коэф. определяют по стандартным образцам, число к-рых достигает неск. десятков. Малые члены полинома не учитывают, расчёты осуществляют на ЭВМ. Возможности метода ограничены необходимостью большого числа стандартных образцов и зависимостью коэф. от области концентраций. Метод теоретич. поправок предполагает аддитивность поправок, вносимых каждым элементом 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 мало отличаются одна от другой , концентрацию С_А находят по ф-ле:

где а_АМ - поправка на элемент М; такие поправки могут быть найдены 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. зависимость интенсивности аналитич. линии элемента от осн. физ. параметров пробы, найденную для смешанного характеристич. и тормозного первичного излучения рентг. трубки.

Рис. 2. Зависимость предела обнаружения С_мин от атомного номера элемента Z при анализе по линиям К и L-серий.

Предел обнаружения концентраций С_мин при флуоресцентном Р. а. зависит от ат. номера Z элемента и от серии (К и L), к к-рой принадлежит аналитич. линия (рис. 2). Методы флуоресцентного Р. а. нашли применение на обогатит. фабриках цветной металлургии (для экспрессного анализа 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. с возбуждением спектра радиоактивным излучением (рентгено-радиометрич. анализ); соответствующая аппаратура малогабаритна, её вес невелик. Эти методы используют в полевых условиях, с их помощью осуществляют каротаж скважин. Методами флуоресцентного Р. а. определяют состав и толщины тонких плёнок, для чего разработано неск. итерационных методов. Анализ жидкости (напр., нефти на содержание серы) осуществляют по поглощению ею рентг. излучения, к-рое измеряют рентг. фотометром.

Рентгеновский микроанализ (локальный анализ) участков пробы ~1-3 мкм² выполняют с помощью электронного зонда в микроанализаторе. Электронный зонд формируют с помощью электростатич. и магн. фокусировки до сечения диам. ~1 мкм. Анализ осуществляют по рентг. излучению образца, к-рое разлагают в спектр с помощью рентг. спектрометра. В этом методе вводят поправки на Z определяемого элемента, поглощение его излучения в пробе и его флуоресценцию, возбуждаемую тормозной компонентой излучения и характеристич. излучениями др. элементов в пробе. Микроанализ применяют при исследованиях взаимной 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 флуоресцентный анализ, М., 1969; Плотников Р. И., Пшеничный Г. А., Флуоресцентный рент-генорадиометрический анализ, 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 флуоресцентный анализ горных пород и минералов, Новосиб., 1977; Лосев Н. Ф., Смагунова А. 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 геологии и геохимии, Л., 1985; Рентгенофлуоресцентный анализ, под ред. Н. Ф. Лосева, Новосиб., 1991. М. А. Блохин.

   <<      Предметный указатель      >>