Бездисперсионный рентгенорадиометрический анализ вещества при помощи дополнительного поглотителя

УДК 539.121

БЕЗДИСПЕРСИОННЫЙ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА ПРИ ПОМОЩИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ

П.М. Косьянов

В работе приведены результаты исследований бездисперсионного рентгенора-диометрического метода анализа элементного состава вещества сложного химического состава при помощи дополнительного поглотителя из вещества анализируемой пробы. Для полного учета матричного эффекта в каждом отдельном случае рассчитывается оптимальная поверхностная плотность дополнительного поглотителя и выбирается спектральная область рассеянного первичного излучения.

В работах [1-4] приведены результаты исследования способа учета матричного эффекта при рентгенофлуоресцентном анализе (РФА) с использованием дополнительного поглотителя из вещества анализируемой пробы, помещаемого между образцом и детектором излучений (рис. 1), и регистрацией некогерентно рассеянного пробой первичного излучения прошедшего через дополнительный поглотитель.

В качестве аналитического параметра берется отношение интенсивности аналитической линии определяемого элемента в прямом измерении (без поглотителя) к интенсивности некогерентно рассеянного пробой первичного излучения прошедшего через дополнительный поглотитель.

Для бездисперсионных видов РФА, в которых используются сцинтилляционные детектора и пропорциональные счётчики, непосредственное использование данного способа проблематично, так как возникает трудность разрешения аналитических линий различных элементов и некогерентно рассеянного первичного излучения.

В данной работе показан путь решения указанной проблемы путём выбора для каждого конкретного случая оптимальной спектральной области рассеянного первичного излучения.

Экспериментальную оценку возможностей способа проводили на искусственных смесях (см. таблицу) с помощью сцинтилляционного спектрометра с источником гамма-излучения 8е-75.

На рис. 2 а и б показаны спектры излучений проб 1 и 3 серии I, иллюстрирующие влияние матричного эффекта на интенсивность К-серии излучения вольфрама, снятые соответственно на кремний-литиевом и сцинтилляционном детекторах.

На рис. 3 показаны значения этих же интенсивностей проб серии I, пронормированных к интенсивности прошедшего через поглотитель излучения 1з в зависимости от спектральной области. Регистрацию проводили при поверхностной плотности поглотителя <1 = 2 г/см2, изменяя уровень дискриминации с 20 кэВ с шагом 2 кэВ при ширине окна спектрометра, равной энергетическому интервалу Д Е = 40 кэВ.

Зависимости, представленные на рис. 3, имеют общую точку пересечения при уровне дискриминации Eg = 70 кэВ, являющейся в данном случае нижней границей спектральной области с шириной ДЕ = 40 кэВ. Энергетический интервал от 70 кэВ до 110 кэВ являлся в данном случае той оптимальной спектральной областью, при которой учет матричного эффекта в пробах 1, 2 и 3 серии I происходил полностью.

Зависимость аналитического параметра от содержания вольфрама в пробах серии 1 - III (табл. 1) при оптимальной спектральной области от 70 кэВ до 110 кэВ, является линейной и прак-

Рис. 1. Схема измерений с использованием дополнительного поглотителя: 1 - образец, 2 - источник излучения, 3 - поглотитель из анализируемого вещества, 4, 5 - детекторы излучения, 6 - блок регистрации

144

Вестник ЮУрГУ, № 6, 2003

Косьянов П.М. Бездисперсионный рентгенорадиометрический анализ _вещества при помощи дополнительного поглотителя

тически не зависит от эффективного атомного номера и соответственно от массового коэффициента поглощения наполнителя пробы, что показано на рис. 4.

Таблица

Номер пробы Содержание, % по массе Эффективный атомный номер наполнителя

Серия Определяемый элемент Наполнитель

Мо БЮг

1 8 - 92,0 9,9

I 2 8 7,5 84,5 12.1

3 8 15,0 77,0 14,6

1 15 - 85,0 9,2

II 2 15 7,5 77,5 11,5

3 15 15,0 70,0 13,9

1 25 - 75,0 8,1

III 2 25 7,5 67,5 10,4

3 25 15,0 60,0 12,8

8,4 17,5

49 60

Е.кэВ

-проба № 1 серии I-проба № 3 серии

135

проба №1 серии I - - - - проба №3 серии I

Рис. 2. Спектр излучения синтетических проб, снятый на кремний литиевом (а) и сцинтилляционном (б) детекторах

Химия

Данные, представленные на рис. 4, показывают, что найденная спектральная область действительно явилась оптимальной для всего исследуемого диапазона содержания вольфрама в котором практически полностью устранен эффект матрицы.

Е,кэВ

-♦—проба № 1 —»—проба № 2 проба № 3

8 15 25

Cw,%

—♦—пробы № 1 серий I, II, III

- - пробы № 2 серий I, II, III

— а— пробы № 3 серий I, II, III

Рис. 3. Зависимость аналитического парамет- Рис. 4. Зависимость аналитического параметра

ра Г) от спектральной области излучения Ь от содержания вольфрама в пробах с различным эффективным атомным номером наполнителя

Использование вспомогательного поглотителя при анализе систем, характеризующихся условием та/тт>1, позволяет одновременно с устранением влияния матричного эффекта, повысить коэффициент чувствительности рентгенорадиометрического определения, что показано на рис. 5, где приведены зависимости аналитических сигналов от содержания вольфрама в пробах 1 серии I, II и III, измеренных предлагаемым способом при с! ~ 2 г/см2 и спектральной области 70 - 110 кэВ и традиционным способом стандарта-фона, когда в качестве стандарта использовано рассеянное излучение этой же спектральной области в прямом измерении (без дополнительного поглотителя). Значения аналитических сигналов, отложенных по оси ординат пронормированы относительно показания пробы, не содержащей определяемого элемента.

Выигрыш в чувствительности при использовании вспомогательного поглотителя, в данном случае в 2 раза, объясняется тем, что приращение интенсивности рентгеновской флуоресценции при увеличении содержания определяемого элемента, находящегося в более легком наполнителе, дополняется уменьшением интенсивности излучения, проходящего через поглотитель. Аналогичные исследования проведены для систем с гпа/тт < 1.

25,00

20,00

15,00

> 10,00

5,00

0,00

способ стандарта-фона исследуемый способ

Рис. 5. Зависимость нормированных значений аналитического параметра от содержания вольфрама

146

Вестник ЮУрГУ, № 6, 2003

Косьянов П.М.

Бездисперсионный рентгенорадиометрический анализ вещества при помощи дополнительного поглотителя

Повышение точности анализа по предлагаемому способу подтверждено экспериментально на искусственных растворах, содержащих молибден и вольфрам: установлено, что изменение содержания вольфрама от 0 до 20 г/л не оказывает практического влияния на результаты определения молибдена.

Литература

1.A. с. 171482 СССР / Майер В. А., Нахабцев B.C.// Бюллетень «Открытия. Изобретения» -1965.-№ 11.

2. Мамиконян C.B. Аппаратура и методы флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа -М.: Атомиздат, 1976.

3. А. с. 1040389 СССР / Ким А. Ч., Фариков Э.Н.// Бюллетень «Открытия. Изобретения» -1983. - № 33.

4. Патент 4242 29/11/1995 СССР / Косьянов П.М., Ким А.Ч. // Бюллетень «Новости науки».-Ташкент, 1997. -№1.

5. Косьянов П.М. Исследование и разработка способа учета матричного эффекта при рентге-нофлуоресцентном анализе вещества в продуктах вольфрамового и молибденового производства: Дисс. канд. техн. наук. - Ташкент, 1997.

6. Косьянов П.М. Учет матричного эффекта при рентгенофлуоресцентном анализе // Контроль. Диагностика. -М.: Машиностроение. - №7. - 2001. - С. 8-10.

Поступила в редакцию 3 апреля 2003 г.