РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ ЭНЕРГОДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к средствам исследования и анализа материалов методом рентгенофлуоресцентного спектрального анализа с использованием энергодисперсионного спектрометра и может быть применена для элементного анализа вещества.
Известно, что под действием падающего рентгеновского излучения, испытывающего в материале облучаемого образца когерентное и некогерентное рассеяние на электронных оболочках атомов вещества, в нем возбуждается вторичное характеристическое излучение вещества образца (флуоресцентное излучение, флуоресценция), обусловленное селективным фотопоглощением падающего и рассеянного излучения атомами вещества, имеющее линейчатый спектр, образованный сериями флуоресцентных квантов определенной энергии для каждого химического элемента, и изотропное по направлению. Одновременно в материале образца происходит когерентное и некогерентное рассеяние квантов полихроматического первичного спектра рентгеновской трубки, имеющего тормозную природу и характеризующееся анизотропией рассеяния, с выделением преимущественных направлений - углов рассеяния. Такой спектр является фоновым для линейчатого спектра флуоресценции атомов вещества. Интенсивность флуоресценции атомов вещества является мерой массовой доли соответствующего элемента в материале образца, что позволяет провести его количественный анализ, точность которого, особенно в случае многокомпонентных сред и межэлементного взаимодействия, зависит также и от учета вклада анизотропного фонового излучения.
Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор регистрирует спектр флуоресценции в форме зависимости полного электрического заряда на чувствительном элементе (полупроводниковый кристалл) от энергии падающего на образец рентгеновского излучения. Использование в анализе сканирования образца потоками рентгеновского излучения различной энергии обеспечивает последовательно возбуждение флуоресценции элементов с различными атомными номерами, однако сопутствующая суперпозиция спектральных линий различных серий соседних элементов в аналитических пиках снижает точность анализа в отношении идентификации состава и определения содержания элементов в пробе. Для учета влияния некогерентно рассеянного излучения (фон) на флуоресценцию сопутствующих элементов, возбуждения близких спектральных линий различных элементов, многократного рассеяния некогерентного рентгеновского излучения в объеме материала, а также влияния учета влияния среды на характеристики аппаратуры и временных факторов стабильности измерений используют такие средства, как математические методы учета наложения близкорасположенных линий, фильтрация вторичного излучения, стабилизация характеристик источника рентгеновского излучения и средств детектирования, подготовка проб и др.
Известен рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий источник рентгеновского излучения, держатель образца, детектор энергодисперсионного типа, и программно-управляемый блок регистрации с устройством формирования спектра флуоресценции и решающим устройством обнаружения целевого элемента (свинца) в пробе по пикам аналитических сигналов, соответствующих целевому элементу /JP 2007003331, G01N 23/223/. Использование программной обработки спектра флуоресценции обеспечивает повышение точности анализа за счет учета вклада сопутствующих элементов, однако аналитические расчеты при усложнении методики приводят к увеличению времени анализа для обеспечения требуемого повышения точности измерений (см.также US 6563902, G01N 23/223).
Известны промышленно выпускаемые рентгенофлуоресцентные энергодисперсионные анализаторы (спектрометры.)
Известен рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор EPSILON 5, выпускаемый фирмой PANalitical (проспект фирмы «Аналитические Экс-Рей Системы - АЭРС/AXRS», 2006 г.), предназначенный для измерения концентраций элементов от натрия Na до урана U в пределах от ppm до 100% в пробах различных типов (твердых, порошкообразных, жидких, пленочных) и размеров (до 51,5 мм в диаметре и 33 мм по высоте). Устройство включает источник рентгеновского излучения - рентгеновскую трубку с анодом из гадолиния Gd, снабженную внутренним водяным охлаждением; генератор высокого напряжения с воздушным охлаждением; оптическую схему формирования рентгеновского луча, содержащую первичные фильтры рентгеновского пучка (до 5 фильтров - алюминий, медь, цирконий, молибден), поляризующую оптику с 3D-геометрией, обеспечивающую получение поляризованного рентгеновского излучения, вторичные мишени (до 15); измерительную камеру, в которой размещены держатель образца с устройством вращения, загрузчик образцов (до 133 проб), детектирующая система в виде полупроводникового германиевого Ge или кремниевого Si детектора с охлаждением соответственно жидким азотом или посредством элемента Пельтье, а также блок управления и регистрации на базе персонального компьютера с программным обеспечением, позволяющим проводить количественный анализ с использованием регрессионного анализа или бесстандартный количественный анализ по методу фундаментальных параметров в виде сравнения данных концентраций с расчетными данными для различных материалов (уголь, сталь и др.). Благодаря применению поляризующей оптики, подавляющей некогерентное рассеянное излучение, устройство обеспечивает 10-кратное снижение фона, что повышает чувствительность при анализе тяжелых элементов и приводит к высокому разрешению аналитических линий. Однако конструкция поляризующей оптики чувствительна к тепловым нагрузкам, что влияет на характеристики рентгеновского пучка, падающего на образец, и снижает стабильность условий возбуждения флуоресценции, а используемое программное обеспечение приводит к довольно длительной процедуре анализа.
Известен рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор с полупроводниковым детектором (бескристальный) БРА-18, выпускаемый НПП «Буревестник» (проспект фирмы НПП «Буревестник», Санкт-Петербург), предназначенный для определения содержания химических элементов, включающий размещенные в корпусе источник рентгеновского излучения, оптическую систему формирования рентгеновского луча, блок селективных рентгеновских фильтров, коллиматор, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, держатель образцов (одновременно загружается 10 образцов), полупроводниковый детектор, в качестве которого используют кремниевые Si-детекторы (Si-pin или Si (Li)) с термоохлаждением на основе эффекта Пельтье, аналого-цифровой преобразователь сигналов детектора в спектр флуоресценции образца, а также блок управления прибором и обработки спектра с программным обеспечением, которое позволяет проводить калибровку прибора и количественный анализ проб, в том числе, безэталонный. Расчет концентраций химических элементов в образце производят по интенсивностям аналитических линий с использованием предварительно построенной градуировки или методом фундаментальных параметров. Однако эффективность регистрации высокоэнергетического излучения такими детекторами недостаточна, т.к. в энергетическом спектре пики, соответствующие когерентно и некогерентно рассеянному характеристическому излучению, формируются с недостаточной статистикой из-за малой толщины кристаллов кремния в таких детекторах (А.А.Веригин и др. В сборнике «XVI Уральская конференция по спектроскопии. Тезисы докладов., 2000, с.104), что в итоге приводит к недостаточной точности измерений, что ухудшает эксплуатационные характеристики прибора.
Известный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий наружный корпус, источник рентгеновского излучения (ИРИ), набор селективных рентгеновских фильтров, коллиматор, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, держатель образцов, энергодисперсионный детектор флуоресценции, аналого-цифровой преобразователь сигналов энергодисперсионного детектора флуоресценции в спектр флуоресценции, блок обработки спектра флуоресценции и программно-ориентированный блок управления, выбран в качестве наиболее близкого аналога полезной модели.
Задача полезной модели состоит в улучшении эксплуатационных характеристик за счет повышения чувствительности и точности определения содержания химических элементов в пробе, уменьшения времени анализа и оптимизации оптической схемы устройства.
Задача решена тем, что рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий наружный корпус, источник рентгеновского излучения, оптическую систему формирования рентгеновского луча, набор селективных рентгеновских фильтров, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, держатель образцов, коллиматор, энергодисперсионный детектор флуоресценции, аналого-цифровой преобразователь сигналов энергодисперсионного детектора в спектр флуоресценции, блок обработки спектра флуоресценции, а также программно-ориентированный блок управления, в соответствии с полезной моделью, снабжен детектором регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, установленным в вакуумируемой измерительной камере с обеспечением регистрации максимума интенсивности некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, энергодисперсионный детектор флуоресценции установлен в вакуумируемой измерительной камере в области регистрации минимума углового распределения выхода некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, при этом коллиматор, энергодисперсионный детектор флуоресценции и детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения установлены с обеспечением пересечения оптических осей в одной точке на облучаемой поверхности образца, а расстояния от облучаемой поверхности образца до окна коллиматора, а также до входных окон упомянутых детекторов выбраны в соответствии с размером окна коллиматора.
Кроме того, источник рентгеновского излучения включает рентгеновскую трубку с анодом, содержащим родий Rh, а детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения включает молибденовый Мо фильтр, люминофорный экран и фотоприемник.
Кроме того, набор селективных рентгеновских фильтров снабжен автоматизированной системой позиционирования.
Кроме того, набор селективных рентгеновских фильтров размещен на поворотном диске в ячейках.
Кроме того, набор, селективных рентгеновских фильтров снабжен механизмом блокировки открытия вакуумируемой измерительной камеры в режиме измерения.
Кроме того, в качестве энергодисперсионного детектора флуоресценции использован энергодисперсионный полупроводниковый детектор с электронной системой усиления и формирования сигналов.
Кроме того, в вакуумируемой измерительной камере окно для облучения образца размещено на верхней панели камеры.
Кроме того, держатель образца установлен в отъемной крышке с образованием камеры образца, механически и оптически сопряженной с вакуумируемой измерительной камерой.
Кроме того, держатель образца снабжен механизмом вращения.
Кроме того, держатель образца выполнен в виде автоматического сменщика образцов.
Кроме того, вакуумируемая измерительная камера соединена с системой подачи гелия Не.
Кроме того, в вакуумируемой измерительной камере выполнено прозрачное герметичное окно для визуального контроля за образцом.
Кроме того, вакуумируемая измерительная камера снабжена источником освещения, в частности, светодиодным.
Кроме того, блок обработки спектра включает аналогово-цифровой преобразователь и многоканальный анализатор.
Кроме того, наружный корпус выполнен со съемной верхней панелью со средствами крепления к ней вакуумируемой измерительной камеры в сборе.
Кроме того, в наружном корпусе размещена система вентиляции.
Техническим результатом полезной модели является снижение порога соотношения «сигнал-шум» и влияния матричного эффекта за счет учета некогерентно рассеянного в пробе анизотропного рентгеновского излучения, т.к. регистрация и учет некогерентно рассеянного в объеме образца первичного рентгеновского излучения с известным угловым распределением выхода совместно с регистрацией рентгеновской флуоресценции позволяет провести калибровку пиков аналитических сигналов флуоресценции по интенсивности некогерентно рассеянного излучения в характеристической линии анода рентгеновской трубки Rh Кα, пропускаемой Mo-фильтром, при каждой заданной величине рентгеновских квантов, облучающих образец, что позволяет корректно учитывать фон, повысить тем самым точность анализа и сократить время анализа. Обеспечение оптимального стационарного положения источника рентгеновского излучения и обоих детекторов относительно образца улучшает условия возбуждения флуоресценции вследствие уменьшения влияния среды и позволяет минимизировать объем измерительной камеры.
Сущность полезной модели поясняют фиг.1, на которой представлена схема устройства, фиг.2, на которой представлена упрощенная рентгенооптическая схема устройства, результаты анализа материалов с использованием заявляемого устройства представлены в Таблице 1.
Устройство содержит (фиг.1) наружный корпус 1, размещенные в нем вакуумируемую измерительную камеру 2, источник рентгеновского излучения (ИРИ) 3 на основе рентгеновской трубки, сопряженный с рентгеновской трубкой в составе ИРИ 3 набор селективных рентгеновских фильтров 4 и коллиматор рентгеновского излучения 5, обеспечивающий облучение образца, установленного в держателе образца 6, сопряженном над окном для облучения образца 7, выполненным на верхней панели измерительной камеры 2. В измерительной камере 2 установлены энергодисперсионный детектор регистрации флуоресценции 8 и детектор 9 для регистрации некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения. Детекторы 8 и 9 соединены с блоком обработки спектра флуоресценции 10, который включает аналого-цифровые преобразователи и многоканальный анализатор. Держатель образца 6 расположен под отъемной (откидной) крышкой 11, за счет механического сопряжения которой с верхней панелью измерительной камеры 2 образуется камера образца 12, представляющая собой замкнутый объем, в котором можно создать гелиевую среду или вакуум. Нормальное положение крышки 11 - закрытое, она открывается только на время смены образца, причем механизм открывания крышки (на фиг.1 не показан) имеет механическую блокировку, не позволяющую открывать крышку 11 при включенной рентгеновской трубке. Держатель образца 6 снабжен механизмом вращения 13, обеспечивающим проведение информативного анализа образца, а также может быть выполнен известным образом в виде автоматического сменщика образцов (автосамплер). Устройство включает также программно-ориентированный блок управления 14 на базе персонального компьютера, посредством которого через плату коммутации, установленную внутри наружного корпуса 1 (на фиг.1 не показана), производится управление функциональными системами анализатора.
Наружный корпус 1 выполнен в виде каркаса со стенками и съемной верхней панелью, к которой снизу крепится измерительная камера 2 в сборе, что обеспечивает быстрый доступ к системам устройства при необходимости. Дополнительно в корпусе 1 смонтирована система вентиляции (на фиг.1 не показана), обеспечивающая охлаждение ИРИ 3, детекторов 8 и 9, а также элементов электрической схемы, выделяющих тепло при работе устройства.
3
Вакуумируемая измерительная камера 2 имеет небольшой объем (не более 200 см), окно 7 для облучения образца размещено на ее верхней панели 15, а набор селективных рентгеновских фильтров 4, коллиматор 5, и детекторы 8 и 9 крепятся вакуумно плотно к стенкам камеры 2 и размещены таким образом, чтобы окно коллиматора и входные окна детекторов находились на расстоянии порядка ширины пятна коллимированного рентгеновского излучения (8-10 мм), которая соответствует размеру окна коллиматора, от плоскости облучаемой поверхности образца, что минимизирует влияние среды на результаты исследований.
Измерительная камера 2 снабжена штуцерами для подключения канала регулируемой подачи гелия Не от внешнего баллона с редуктором и канала системы вакуумирования в зависимости от вида образца (на фиг.1 не показаны). Так, для проведения измерений в условиях разряжения (до 1 мм рт. ст.) камера образца 12 вакуумно-плотно прижата к верхней панели 15 камеры 2 через резиновое уплотнение, откачка воздуха из замкнутого объема, образованного камерой образца 12 и измерительной камерой 2, производится через герметичный штуцер и систему клапанов, предотвращающих скачки давления в камере, а при невозможности откачать воздух из этого объема из-за размера объекта или при анализе жидких образцов (вскипающих при понижении давления) измерительную камеру 2 заполняют инертным газом (гелием) под избыточным давлением 1,1-1 атм на время проведения измерений.
Для визуального контроля за образцом в процессе измерений с использованием, например, ВЭБ-камеры, в измерительной камере 2 может быть выполнено дополнительно прозрачное герметичное окно и установлены источники освещения, в частности, светодиоды, подключенные к внешнему источнику питания через вакуумноплотный разъем (на фиг.1 не показаны).
Наличие отъемной крышки 11 камеры образца 12 позволяет производить ручную или автоматическую установку образцов в камеру 12 для исследования. При ручной установке и измерении образцов камеру образцов 12 можно перемещать по поверхности верхней панели 15 измерительной камеры 2 для установки заданного участка поверхности образца, укрепленного в держателе 6, в пределах окна для облучения образца 7. В качестве держателя образца 6 могут быть использованы кюветы, закрытые снизу синтетической (например, лавсановой) пленкой, в них удобно размещать порошковые, прессованные, жидкие пробы, объекты произвольной формы, а механизм вращения 13 держателя образца 6 обеспечивает последовательную установку кювет в зону измерений. Автоматическая установка образцов в кюветах в камеру 12 производится с помощью манипулятора с механизмом смены проб (на фиг.1 не показаны), обеспечивающего перемещение их по трем ортогональным осям посредством шаговых двигателей в зону измерений и извлечение из камеры 12.
Источник рентгеновского излучения 3 на основе рентгеновской трубки с системой воздушного охлаждения крепится снизу к верхней панели наружного корпуса 1 так, чтобы поток рентгеновского излучения через селективный фильтр из набора селективных рентгеновских фильтров 4 попадал в коллиматор 5 и после него - на изучаемый объект, а тепло, отбираемое от рентгеновской трубки, отводилось за пределы наружного корпуса 1.
Набор селективных рентгеновских фильтров 4 размещен на поворотном диске в ячейках, каждый из фильтров селективно поглощает рентгеновское излучение соответствующего энергетического диапазона, причем один из фильтров является заглушкой и запирает рентгеновский канал при смене проб, а одна ячейка в наборе 4 оставлена пустой для выполнения прямого рентгеновского облучения. Набор селективных рентгеновских фильтров 4 снабжен также механизмом блокировки открытия измерительной камеры 2 на время проведения измерений (на фиг.1, 2 не показан), что обеспечивает безопасность работы анализатора и сохранение характеристик среды в измерительной камере 2. Установка требуемого селективного фильтра в рабочее положение производится шаговым двигателем с помощью автоматизированной системы позиционирования по сигналу контроллера блока управления 14.
Энергодисперсионный детектор флуоресценции 8 размещен в области углов, в которой ожидается минимум фона, образованного некогерентно рассеянным на образце первичным рентгеновским излучением, что снижает его влияние на измерение рентгеновской флуоресценции и повышает соотношение «сигнал-шум». Он укреплен в измерительной камере 2 так, как описано выше. В качестве детектора флуоресценции 8 может быть использован, в частности, Si-полупроводниковый дрейфовый детектор с электронной системой усиления и формирования сигналов и с электрохлаждением на основе элементов Пельтье (например, малогабаритные детекторы фирмы «КЕТЕК», имеющие окно из бериллия Be толщиной 12 (8) мкм).
Детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 установлен в измерительной камере 2 в области, обеспечивающей регистрацию максимума анизотропного некогерентно рассеянного рентгеновского излучения, и регистрирует часть тормозного, рассеянного на образце рентгеновского излучения (фоновое излучение) и некогерентно рассеянное на образце первичное рентгеновское излучение в характеристической линии материала анода рентгеновской трубки - линии Rh Кα, которая является наиболее сильной в регистрируемом спектре некогерентно рассеянного рентгеновского излучения и превышает фон в десятки раз. Это позволяет калибровать уровень фона, учитывать его при суперпозиции с аналитическими сигналами флуоресценции и калибровать аналитические линии флуоресценции. Детектор 9 содержит цилиндрический корпус, в котором установлены молибденовый Mo-фильтр, в полосу пропускания которого попадает излучение линии Rh Кα, люминофорный экран, регистрирующий кванты некогерентно рассеянного рентгеновского излучения, и фотоприемник, преобразующий импульсную засветку люминесцентного экрана в электрические импульсы, которые далее поступают в блок обработки спектральной информации 10.
Для повышения надежности и точности измерений необходимо установить коллиматор 5, энергодисперсионный детектор флуоресценции 8 и детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 таким образом, чтобы обеспечить пересечение оптических осей в одной точке на облучаемой поверхности образца. С учетом того, что расстояния от облучаемой поверхности образца у окна 7 до окна коллиматора 5, а также до входных окон упомянутых детекторов 8 и 9 выбраны в соответствии с размером окна коллиматора 5, возможно фиксировать положение детекторов в измерительной камере 2 на минимальных относительных расстояниях, что дает оптимальную рентгенооптическую схему и миниатюризацию устройства (фиг.2).
Устройство используют следующим образом. Образец устанавливают в держатель 6 таким образом, чтобы облучаемая поверхность была параллельна плоскости верхней панели 15 измерительной камеры 2 над окном для облучения образца 7, и закрепляют в держателе 6 в строго определенном положении. При этом исключается влияние элементов конструкции на результаты измерений. Для анализа подготовленные пробы (порошковые, прессованные, жидкие, объекты произвольной формы) укладывают в кюветы и при ручной установке обеспечивают попадание на них центра пятна рентгеновского излучения, при этом канал рентгеновского излучения закрыт. Затем камеру образца 12 закрывают и в случае проведения анализа пробы на легкие элементы ее вакуумируют (разрежение порядка 1 мм рт. ст.), а в случае анализа жидких проб и невозможности вакуумирования ее заполняют гелием Не, обдувая им образец. Рентгеновское излучение ИРИ 3 с заданной энергией квантов через выбранный селективный фильтр из набора селективных рентгеновских фильтров 4 направляют на поверхность исследуемого образца для возбуждения флуоресцентного излучения соответствующих химических элементов в материале образца. Регистрацию энергетического спектра флуоресценции и рассеянных квантов флуоресценции производят энергодисперсионным полупроводниковым дрейфовым детектором флуоресценции 8 в виде зависимости принимаемого потока рентгеновского излучения от энергии падающего рентгеновского излучения. Одновременно при тех же физических условиях в измерительной камере 2 детектором регистрации некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения 9 с молибденовым Мо-фильтром регистрируют интенсивность характеристической линии Rh Кa материала анода рентгеновской трубки. По ширине профиля этой линии и известной энергии ее возбуждения определяют энергетическое разрешение детектора 8 и энергию возбуждения регистрируемой линии химического элемента с использованием специализированного оригинального программного обеспечения. С учетом сказанного, рентгенооптическая схема взаимного расположения каналов детекторов 8 и 9 относительно коллиматора 5 и образца (фиг.2) оптимизирована и фиксирована следующим образом: при диаметре падающего коллимированного пучка рентгеновского излучения 8 мм
- угол падения коллимированного пучка рентгеновского излучения на плоскость образца (угол между осью коллиматора 5 и плоскостью образца) составляет 45°,
- угол между осью коллиматора 5 и осью энергодисперсионного детектора флуоресценции 8 составляет 55°,
- расстояние между плоскостью окна энергодисперсионного детектора флуоресценции 8 и плоскостью образца составляет 23 мм,
- угол отбора излучения флуоресценции составляет 80°,
- угол между осью коллиматора 5 и осью детектора некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 составляет 103°,
- угол отбора некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения составляет 33°.
3
3
эф
эф
Проверка эффективности учета некогерентно рассеянного рентгеновского излучения на результаты измерений производилась путем измерения спектров контрольных образцов (КО) на основе борной кислоты НВО (Z=7,2) (далее KO1) и окисла кальция CaO (Z=16.6) (далее КO2), содержащих мас.%: 1, 3, 5, 10 хрома Cr и моделирующих «легкую» и «тяжелую» матрицы. Измерения проводили при следующих условиях: напряжение на рентгеновской трубке 3 с анодом из родия Rh 40 кВ, анодный ток и фильтр подобраны по требуемой загрузке детектора некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения - 15000 имп/сек, время измерения - 100 с для KO1 и 300 с для КO2, атмосфера в измерительной камере 2 - воздух, энергодисперсионный полупроводниковый дрейфовый детектор флуоресценции 8 установлен в измерительной камере 2 в положение, соответствующее минимуму углового распределения выхода некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения в линиях родия Rh, а детектор регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 установлен в измерительной камере 2 с обеспечением регистрации максимума интенсивности некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения, для подавления когерентно рассеянного на пробе первичного излучения родия в линии Rh Кα использован селективный фильтр из молибдена Мо, пропускающий некогерентно рассеянное рентгеновское излучение материала анода.
По измеренным спектрам для KO1 и КO2 и данным о пиковых интенсивностях аналитической линии Сr Кa определяли (известным образом) расчетные концентрации хрома Сr в контрольных образцах 1 и 2, имеющих априори одинаковую концентрацию искомого элемента, без учета (С*1, С*2) и с учетом (С**1, С**2) некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, а также соотношение расчетных концентраций для образцов 1 и 2 (С*1/С*2, С**1/С**2), характеризующее матричный эффект состава вещества в результатах расчетов.
Учет некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения является эффективным, если он приводит к снижению влияния матричного эффекта, обусловленного составом вещества образца, что выражается в близости расчетных концентраций искомого вещества в пробах. Результаты таких исследований образцов КО 1 и КО 2 и расчет содержания концентрации хрома Сr в пробах КО 1 и КО 2 без учета и с учетом поправки на вклад некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения представлены в таблице 1.
Таблица 1
Заданная
Расчетная концентрация хрома
Расчетная концентрация хрома Сr
концентрация
Сr в пробе без учета
в пробе с учетом некогерентно
хрома Сr в
некогерентно рассеянного
рассеянного рентгеновского
пробе
рентгеновского излучения
излучения
С*1
С*2
С*1/С*2
С**1
С**2
С**1/С**2
(К01),
(КO2),
(KO1),
(КO2),
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
С ном., мас.%
1
8.64
1.00
8,64
1,03
1,03
1
3
21.95
3.01
7,29
3,02
3,67
0,82
5
33.37
5.13
6,50
5,06
5,94
0,85
10
54.1
10.31
5,24
11,32
12,19
0,93
Результаты исследований, проведенных на описанном устройстве, показали, что учет некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения позволяет с достаточной точностью судить о концентрации искомого вещества в пробе, расчетные содержания искомого элемента в пробах незначительно отличаются от их истинного значения, что говорит о повышении чувствительности и точности анализатора.
Дополнительные исследования показали, что линейность энергетической шкалы в диапазоне энергии 5,4-14,16 кэВ составляет 0,24% при цене деления 0,0078, а погрешность измерения скорости счета составляет 0,8%.
Энергетическое разрешение аналитических линий калия К - 111 эВ (K Kα 3,31 кэВ), кальция Са - 131 эВ (Са Кα 3,69 кэВ), марганца Мn - 158 эВ (Мn Кα 5,90 кэВ), никеля Ni - 159 эВ (Ni Lα 7,4 кэВ), молибдена Мо=260 эВ (Mo Кα 17,5 кЭв).
Статистический предел обнаружения элемента по линии кобальта Со Кα, масс.%, равен 0,00025 за период 100 сек и 0,00007 за период 1000 сек.
Достигнутые характеристики обеспечивают высокую точность и воспроизводимость измерений, сравнимую с показателями лучших моделей аналогичных устройств (для сравнения: рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр Epsilon 5 фирмы PANalytical обеспечивает энергетическое разрешение не более 165 эВ на Кα линии Мn), а также высокую скорость проведения анализа, а фиксированная геометрия рентгенооптической схемы устройства позволяет существенно уменьшить размеры устройства при сохранении качества анализа.