DE1773318A1

DE1773318A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Materialien

Info

Publication number: DE1773318A1
Application number: DE19681773318
Authority: DE
Inventors: Clayton Colin Geoffrey; Dziunikowski Bohdan Wladyslaw
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1967-04-28
Filing date: 1968-04-26
Publication date: 1971-09-16
Also published as: FR1560823A; GB1183514A; US3621245A

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. ERICH SCHUBERT

Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, E$«.n 20362 Bankkonten: Deutsch· Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-!ng. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

68 037 ^!)r.ft-i/Hs 25. April 1968

United Kingdom atomic -Energy Authority, 11, Charles II Street,

London, S.-,¥.1, England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen

^ Nr. 1983'ί/ίί7 vom 2b. /Voril 1967 oeanaprueht.

/erfahren und Vorricatung zur Analyse von Materialien

"■Sac: ground" der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Analyse von Materialien, insbesondere diejenige von mineralischen Erzen, unter Anwendung des bekannten 7er.ff.ihreηs, bei welchem das Material einer ionisierenden ';e strahlung unterworfen wird, um damit fluoreszierende 'iöntgenstrahien zu erregen bzw. hervorzurufen.

Im einzelnen bezieht sich die Erf indun,"· -iuf die Analyse nt echnik :.^f;i der Verwendung natürlicher oder künstlicher tfaaioisotopenquellen

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als Lief era ue lie der ■ estra^lun^, :^;elche uie ^luoresaenE errort bzw. hervorruft. ?.e,-irmtlich ti;; ben die fluoreszierenden iientgenttrrhlen eine rJnercriecharakteristik des "Elementes, welches sie aussendet, und dio Intensität dieser Hont :-eri3trahlen wird nach der üiriergietrennung durch eine geeignete Methode gemessen. '"!achfol::9r:d . Lrd der Ausdruck "dos gesuchte Element" verwendet, um das;ienire Element zu definieren, welches Gegenstand der Analyse i«t, un:i der Ausdruck "Basis- oder Aus?an:*S2estein" /"base rock"/ wird verwendet, um die '-angart oder die andere .attersuostanz (:.-ev/ühnlich eine Galzium- oder '''a^neaiumVerbindun:"*-) zu definieren, in der das gesuchte Element disner-^ierc ist.

;ann nac;iteili.^erv;eise aas irz auch "ein Interferierendes Element" enthölt, d.h. rr.it anderen ,'/orten t-usgedrückt, ein Llenent, welches aine Atomzahl in der Nahe der — aber niedriger als die — Atomzahl des gesuchten Elementes besitzt, dann treten Schwierigkeiten deswegen auf, weil die von dem gesuchten Element ausgesandte charakteristische Strahlung in merklichem Ausmaß α irch das interferierende Element absorbiert und riederausgestranlt wird,und zwar als charakteristische .Jtrahlun^ des interferierenden oder störenden Elementes. Menrere unterschiedliche Techniken, welche darauf abgestellt sind, diesen als " '- trixeffekt" bekannten Schwierigkeiten zu begegnen, sind besahrieben .orden. In der Praxis indessen ist das Problem noch viel komplizierter, wc-?l mehrere Storelemente vorbanden sein können. Darüber hinaus kann das /Vusgan^sractein des Erzes von Verschiedenart: -er Zusammensetzung sein und dadurch zu falschen Ergebnissen AnIaJ geöen.

BAD ORIGINAL

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Au.1" <r>.be der irrf iniun"· ist es, ein Verfc.-iren fur die Analyse eines !-.'aterialo : :.i scnaffen, '.velches die ober uescr.riebenen SciwierirrJceiten vermeidet.

'/,us antue- nf a s s u n-:^r der virf indumr;

^i':findun '3^r"en' ;i .vird ein Anal'.'se-verfahi*er_ für ein "emisch vorireaehen, welches ein iresicntes Ble^-ent, ein incerferiore ;ides UIeuier."¹J und ein Ausr:a^vi ~sres rein enthalt und darin oecteu;, aas "e lisch der ionisierenden ^e;:tra'-ilunc; :.'.υ unterwerfen und ?etrennt zu oe- A

stimmen:

(a) die Intensität der fluoreszierenden otrahlunc in der ciir-ra:.^eristisohen Fluoreszensener.rie des resuchten ülerrentes;
(I)) die lntc---;irr^:-it der fluoreszierenden otraalumr in der ciiaraicteristisc.-t^n ^T(1luoreszenzer.er,rio des interferierenden Bleuentes j

(o) die Intensität der rückstreuenden Strahlung iiber einen ilnerriebereich, welcher dazwischen lie"t, aber rieht die cneral'.teristischen "Pluoreszenzenergien des gesuchten und des interferierenden Elementes enthält.

In sehr erwünschter .'/eise besteht die Quelle der ionisierenden otrahluns aus einem künstlichen oder naturlichen'Radioisotop. Die Leistung einer solchen Quelle ist begrenzt, und daher können die Strahlun "sintensiti.itsbeStimmungen zweckms.ii^ unter Verwendung ο Ines Paares von Ausgleich filtern f^:Jr eine iede Best immun.? ausgeführt '"erden.

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Es ist allgemein bekannt, daß die Technik der Verwendung von Au gleichsfiltern davon abhängt, daß zwei Elemente mit benachbarter Atomnummer ihre K-Absorptionskanten bei einer bestimmten'" Energie mit Zwischenraum aufweisen, und es ist normalerweise möglich, zwei Elemente zu trennen, die K-Abeorptionskanten besitzen, welche die Energie der fluoreszierenden Strahlung des gesuchten oder ,-jeweils des interferierenden Elementes festhalten oder ausklammern /to bracket/.

Somit wird die Anwendung eines Paares solcher Ausgleichfilter eine Messung der von der Probe ausgesandten Energie über einen spezifischen, aber schmalen Energiebereich ergeben. In der Praxis mag es lediglich notwendig sein, eine Anzahl von vier Filtern anzuwenden, zwei, um die charakteristische Energie der Strahlung des, gesuchten Elementes einzugabeln oder einzuklammern, und zwei für die Ein- oder Ausklammerung der charakteristischen Strahlungsenergie des interferierenden Elementes, während die Intensität der Rückstreuungsstrahlung unter Verwendung des passenden Filterpaares gemessen wird, welches von den vier bereits vorgesehenen ausgewählt wurde.

Im wesentlichen hängt dieses Verfahren von dem Umstand ab, daß die Intensität der charakteristischen sowie der diffusen Strahlung in dem gleichen Energiebereich mit der Dämpf urigs ziffer des Ausgangsgesteins in der gleichen Art und Weise variieren. Hieraus ergibt sich, daß durch Bestimmung des Verhältnisses der charakteristischen zu der rückstreuenden Intensität bei benachbarten Energien der Effekt des Ausgangsgesteins auf ein Minimum zurückgeführt werden

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kann. Da die ./irkung des interferierenden Elementes auch vom Ausgangsgestein abhängig ist, kann die gleiche Kompensation vorgenommen werden.

In eier Praxis können, nachdem die ο ,iieen Meßergebnisse erhalten wurden, die Men^e des gesuchten Elementes und auch die iüenge des interferierenden Elementes aus einem Eichnomogramm abgelesen werden, welches erhalten wird durch .Auftragen von:

I₁/ I_b gegen Ij I^

I. die Strahlungsintensität mit der charakteristischen Energie

des interferierenden Elementes,
I die Strahlungsintensität mit der charakteristischen Energie

des gesuchten Elementes und
I, die Intensität der streuenden Rückstrahlung ist.

^:7enn darin noch ein zweites, noch mehr störendes Element vorhanden ist, ist es notwendig, auch die Intensität der fluoreszierenden Strahlung mit der charakteristischen Fluoreszenzenergie dieses zweiten interferierenden Elementes zu bestimmen und ein dreidimensionales Nomogramm anzuwenden, das erhalten wird durch Auftragen von:

I. / I gegen I, / I, gegen I / I-, worin

■i-Λ D -Lp ^u WU

I₁ und I₁ die Strahlungsintensitäten mit den charakteristischen Energien des ersten und des zweiten interferierenden Elementes sind.

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Kurze Beschreibung der Zeichnung

Damit die Erfindung noch deutlicher zum Ausdruck kommt, wird nunmehr eine Anwendungsform derselben anhand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar ist

Fig. 1 eine graphische "Darstellung der Segenanordnungen, Pig. 2 ein Energiediagramm, das die funktion der Filter veranschaulicht ,
Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche den Effekt der

Basisgesteinszusammensetzung zeigt, Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die ,/irkung des Eisengehaltes zeigt, während

Pig. 5 ein >>omogramm zeigt, welches im Einklang mit der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde,

Beschreibung der bevorzugten Anwendungsform

Bei dieser Anwendungsform ist das Gemisch ein Kupfererz, bei dem es erwünscht ist, den behalt an Kupfer (gesuchtes Element) zu messen, wobei das primäre interferierende Element Eisen und das Grundgestein entweder Gips oder basisches Arsenit /artenite/ ist. Aus der Zeichnung, insbesondere aus Fig. 1, ist zu ersehen, daß die (Strahlen)-Geometrie die herkömmliche rückstrahlende Geometrie ist und ein Detektor, welcher ueisOielsweise ein Scintillations- oder Proportionalzähler sein kann, ein Fenster 2 aufweist, welches eine Strahlenquelle 3 umrundet, wobei rund um diese Quelle ringförmige Filter je nach Wunsch angeordnet sein können. Ein Ständer 5 tragt einen Probenhalter 6, welcher ein Fenster 7 aufweist, daa an der Strahlenquelle 3 anliegt, und oberhalb dieses Fensters ist eine Probe 8

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aus gepulvertem Material aufgebracht. Diese Anordnung entspricht der herkömmlichen Form·

?.i:■:. 2 zei-rt einen Teil der konventionellen Absorption/Energie-Kurven und die K Absorptionskanten der Elemente Chrom, Mangan, Kobalt und nickel. Sie zeigt auch die K Fluoreszenzenergien des Eisens und Kupfers, und es sei darauf hingewiesen, daß Chrom und T-ianrcan ein geeignetes Filterpaar für die Eisenstrahlun-, rMlen, während Kobalt und Nickel ein geeignetes Paar für die KuOferstrahlung bilden.

Wenn man zwei künstliche Kupfererze nimmt, welche kein Eisen, aber basisches Artenit (? Areenit) und Gips enthalten, und den Kupfergehalt unter Verwendung eines Paares ausgeglichener Nickel- und Kobaltfilter in herkömmlicher Weise mißt und die Differentialzählung durch die zwei Filter gegen den Kupfergehalt aufträgt, werden die Kurven A und B der Fig. 3 erhalten, wobei die Abhängigkeit dieser klassischen Methode von der Zusammensetzung des Basis- oder Ausgangs Gesteins veranschaulicht wird.

Um den Effekt der Basis- bzw. Aus -angsge Steinszusammensetzung zu kompensieren, ist es notwendig, den Störbetrag des Ausgangsgesteine zu messen, und zwar durch Tlessung der rückstreuenden Strahlung über einen Energiebereich, welcher der Kupfer-Fluoreszenzenergie benachbart ist (Fig. 2), und diese i^eesung wird ausgeführt durch Anwendung von Kobalt und Mangan als ein Paar ausgeglichener Filter, welche einen Ourchlässigkeitsbereich an I'lnerrien bei einer entsiorechenden

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Höhe hinnehmen. Um diese Kompensation vorzunehmen, wird die dem Kupfer zukommende Zählrate durch die dem Basisgestein zukommende Zählrate dividiert und gegen (bzw. bezogen auf) den Kupfergehalt aufgetragen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, in welcher ,jede Linie zwei überlagerten Kurven entspricht und sich auf verschiedene Basisgesteine bezieht, welche auch Eisen in Konzentrationen von 0 bis 1096 enthalten.

Somit sind in Fig. 4 eingetragen

I₁ / I_b gegen [CuJ .

In der Praxis wird durch diese Eintragung bestimmt

Gu

Ni ~ Co gegen

¹Go " ¹Mn

Es ist zu ersehen, daß, obgleich die Anordnung nach Fig. 4 eine entsprechende Kompensation für den Basisgesteinseffekt vorfc sieht, die Gegenwart von Eisen als interferierendes Element immer noch eine beträchtliche Verzerrung der Ergebnisse ergibt.

Erfindungsgemäß wird daher der Kupfergehalt frei vom Eiseneffekt bestimmt, und zwar durch Auftragen der Ordinate gemäß Fig* 4 als die Abszisse in Fig. 5 und dadurch, daß als Ordinate in Fig. 5 . eine gleiche Funktion in Bezug auf Eisen aufgetragen wird. Daher gibt Fig. 5 das Verhältnis

I₁ / I_b gegen I^ / l_b

wieder,

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In ier Praxis wird dies bestimmt durch Auftragen von:

¹Wi ~ lv°. se^en ¹Mn ~ ¹Gr

¹Go ~ ¹Mn ¹Go ~ ¹Mn

He herkömmlich, ist es notwendig, für die Aufstellung der lOicrkurve bekannte lauster zu verwenden.

^T)ie Erfindung betrifft auch Abiinderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausfahrun^sform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Analyse von liineraliengemischen, welche ein gesuchtes Element, ein interferierendes Element und ein Basia- oder Ausgangs<*estein oder -erz enthalten, bestehend in der Unterwerfung des Grerniaches einer ionisierenden Bestrahlung mit einer genügend hohen Energie, um Fluoreszenz in dem gesuchten Element zu erregen oder hervorzurufen, und Bestimmung der Intensität der Strahlung mit der charakteristischen Fluoreszenzenergie des gesuchten Elementes, gekennzeichnet durch gesondeite Bestimmungen

(a) der Intensität der fluoreszierenden Strahlung mit der chrakteristischen Fluoreszenzenergie des interferierenden Elementes,

(b) der Intensität der rückstreuenden Strahlung über einen Energiebereich, welcher dazwischen liegt, aber nicht die chrakterlauschen Fluoreszen^energien des gesuchten und des interferierenden Elementes enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quelle der ionisierenden Strahlung ein Radioisotop ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen unter Verwendung eines Paares von Ausgleichsfiltern für jede Bestimmung ausgeführt werden.

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I. und I. die Intensitäten in den charakteristischen Energien I₁ I₂

de:- ersten una des zweiten interferierenden Elementes äind.

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"3. Verfahren nach Anaoruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die ^estimmun·: der Intensität der Strahlung über den erwähnten Zwischenbereich benutzte Aus -;leicnsfilterpaar aus je einem Filter der beiden Pa^re von Ausgle ichsfiltern besteht,' wodurch nur vier i'nhlungen notwendig sind.

4. /erfahren nach einem der vorhergehenden AnsOrü.rhe , dadurch rrekennzeiehnet, driiä sowohl die ^en-re des gesuchten Elementes als auch die T-Ten^e des interferierenden Elementes aus einem Eichnomo.^rnmm bestimmt werden, welches erh'¹ Iten wird durch Auftragen von

I₁ / I_b gegen I_w / I_b, worin:

I. die Intensität der Strahlung in der charakteristischen Energie des interferierenden Elementes,

I die Intensität der Strahlung in der charakteristischen Energie des gesuchten Elementes und

I, die Intensität der Strahlung über das Zwischenband ist.

5. Verfahren mch Anspruch 4, modifiziert durch das Vorhandensein eines aweiten, noch mehr störenden Elementes, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesonderte Bestimmung der Strahlungsintensität in der charakteristischen Fluoreszenzenergie des zweiten incerferierenden Elementes vorgenommen wird, und ein dreidimensionales Nomogramm erhalten wird ~v.rch Auftragen von

-S-

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5» ,gekennzeichnet durch die Verwendung eines Paares von Ausgleichsfiltern für _tiede Bestimmung der Intensität der strahlung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, ae.^!i das für die "^e s υ immun?? der Incensität der Strahlung über den Zwischen- " bereich benutzte AusgleichsfilterOaar aus ,je einem Filter der beiden Paare von Ausgleichsfiltern besteht.

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