FI110820B

FI110820B - Menetelmä alkuainepitoisuuksien määrittämiseksi

Info

Publication number: FI110820B
Application number: FI981810A
Authority: FI
Inventors: Alfthan Christian Von
Original assignee: Outokumpu Oy
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2003-03-31
Also published as: US6285734B1; AU758756B2; AU4352599A; FI981810A0; FI981810A

Description

110820

MENETELMÄ ALKUAINEPITOISUUKSIEN MÄÄRITTÄMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään kiinteiden, nestemäisten tai lietemäis-ten materiaalien sisältämien alkuainepitoisuuksien määrittämiseksi 5 röntgenfluoresenssimenetelmällä.

Röntgenfluoresenssi on analyysimenetelmä, jossa mittausjärjestelyyn kuuluu röntgenlähde, analysoitava materiaali, monokromaattori ja detektori. Vuorovai-kuttaessaan röntgenlähteestä tulleiden säteilykvanttien kanssa analysoitavan 10 materiaalin atomit saavat aikaan niille karakteristista säteilyä, jonka energia on alkuaineelle ominainen ja jonka intensiteetti on riippuvainen alkuaineen pitoisuuksista materiaalissa.

Röntgenfluoresenssiin perustuvasta analyysimenetelmästä tunnetaan kaksi-15 vaihtoehtoista muunnelmaa, aaltodispersiivinen ja energiadispersiivinen analyysi, jotka eroavat toisistaan detektointimenetelmän suhteen. Aaltodisper-siivisessä analyysissä materiaalista tuleva säteily johdetaan monokromaattoriin, joka erottaa tulevan säteilyn energiajakautumasta halutun karakteristisen ·:·*: energian röntgendiffraktioon perustuen. Spektrometrin erottama säteily havai- v.: 20 taan ja mitataan detektorilla. Aaltodispersiivisella tekniikalla saadaan suuri erottelukyky, jonka ansiosta lähekkäiset alkuaineviivat saadaan erotettua toisis-·’· taan ja hyötyintensiteetin alla oleva tausta jää suhteellisesti ottaen pieneksi.

v Prosessiohjauksen online-analyysissä aaltodispersiivinen tekniikka antaa . . parhaimman herkkyyden ja tarkkuuden, kun halutaan mitata automaattisesti ja » · · 25 nopeasti alkuainepitoisuuksia prosessoitavasta materiaalista. Aaltodispersiivistä menetelmää käytettäessä kullekin mitattavalle energialle joudutaan käyttämään t i » omaa monokromaattoria, detektoria ja mittauselektroniikkaa.

#»·

Energiadispersiivisessä tekniikassa hyödynnetään sitä, että detektorin tuotta- » · » • · · ' ' 30 mien sähköisten pulssien korkeus riippuu lasketun säteilykvantin energiasta.

Erottamalla lasketut pulssit sähköisesti pulssien korkeuden perusteella saadaan 110820 säteilykvanttien taajuus mitattua halutulta energialta. Energiadispersiivisellä tekniikalla voidaan mitata samalla detektorilla useita alkuaineita, mutta detektorin kokonaispulssitaajuuden rajoitus rajoittaa myös alkuaineiden intensiteettiä ja näin saavutettavaa tarkkuutta. Usein detektorin erottelukyky ei riitä lähellä toisi-5 aan olevien energiaviivojen erottamiseen toisistaan kunnolla, mikä huonontaa erityisesti heikomman viivan mittaustarkkuutta. Heikon erottelukyvyn vuoksi jää viivan alle myös enemmän taustaa kuin aaltodispersiivisellä tekniikalla. Energi-adispersiivinen tekniikka on kokonaiskustannuksiltaan aaltodispersiiviseen tekniikkaan nähden halpa, mutta energiadispersiivisen tekniikan herkkyys ja 10 tarkkuus ovat tavallisesti selvästi huonompia kuin aaltodispersiivisellä tekniikalla.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi alkuainepitoisuuksien määrittämis-15 menetelmä, jossa on edullisesti yhdistetty röntgenfluoresenssiin perustuvien energiadispersiivisen ja aaltodispersiivisen tekniikan edut materiaalin online-a-nalyysissä. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaati-muksista.

v.: 20 Keksinnön mukaisesti materiaalin alkuainepitoisuuksien määrittämisessä röntgenfluoresenssin avulla käytetään sekä energiadispersiivista menetelmää että aaltodispersiivistä menetelmää siten, että röntgenfluoresenssiin perustu- v ’ valla energiadispersiivisellä menetelmällä mitataan edullisesti monta röntgenvii- , . vaa, kun taas röntgenfluoresenssiin perustuvaa aaltodispersiivistä menetelmää !.! 25 käytetään vain niille röntgenviivoille, joille hyvä resoluutio ja siitä seuraava • t t ’•e tarkkuus ja herkkyys ovat tarpeen. Koska keksinnön mukainen energiadispersii- I · · visen ja aaltodispersiivisen menetelmän yhdistelmä on riippuvainen analysoita- « · ’·* vasta alkuaineyhdistelmästä, edullinen energiadispersiivisen ja aaltodisper- siivisen menetelmän yhdistelmä on valittavissa kullekin alkuaineyhdistelmälle.

' ‘ 30 Koska analysoitavassa alkuaineyhdistelmässä alkuaineet ja alkuaineiden keski näiset suhteet online-analyysissä ovat olennaisesti muuttumattomia, keksinnön 3 110820 mukainen energiadispersiivisen ja aaltodispersiivisen menetelmän yhdistelmä on määritettävissä ennen online-analyysin aloittamista.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa edullisesti niin, että suodat-5 tamattomalla energiadispersiivisellä kanavalla mitataan intensiivisimmät alkuai-neviivat, jotka sijaitsevat kaukana toisistaan niin, että detektorin erotuskyky riittää. Jos röntgenviivojen intensiteetit eroavat olennaisesti toisistaan, voidaan detektorin eteen asetetulla suodattimena muuttaa intensiteettien suhdetta edullisesti. Lähekkäin olevat röntgenviivat ja ne röntgenviivat, joissa matalan 10 intensiteetin takia tarvitaan hyvää signaali/tausta-suhdetta, mitataan aaltodis-persiivisellä menetelmällä.

Keksinnön mukaisesti käsiteltäessä suurta erotuskykyä vaativat röntgenviivat aaltodispersiivisellä menetelmällä energiadispersiivisessä menetelmässä 15 käytettävä detektori on online-analyysissä edullisesti puolijohdedetektoria halvempi verrannollisuuslaskuri, jota ei tarvitse jäähdyttää laskurin saattamiseksi toimimaan. Energiadispersiivisen detektorin säteilyintensiteettiä pienenne-*··. tään edullisesti detektorin eteen asennetulla rajoittimella niin, että detektorille • I 1 :··,· saadaan intensiteetti, joka vastaa analysoitavasta näytteestä riippuvaa edulli- V: 20 sesti alle 12 kHz olevaa pulssikäsittelynopeutta. Energiadispersiiviselle detekto- "" rille tulevaa säteilyintensiteettiä rajoitetaan johtamalla mitattava säteily detektorin eteen asennetussa kappaleessa, kuten lyijykappaleessa, olevan • ‘ 1 reiän kautta detektorille. Edelleen käytettäessä energiadispersiivisessä menetelmässä verrannollisuuslaskurin sisältämänä kaasuna edullisesti esimer- • · • 1 25 kiksi argonia, jonka paine on edullisesti välillä 5-7 bar, suurten energioiden » · ’· vaikutus mittaustulokseen, kuten röntgenlähteen spektrin aallonpituusalueen t · · ; 1; 1 yläpäässä mahdollisesti syntyvä sironta, erotetaan pois käsittelystä. Tällöin » · suuri osa tämän aallonpituusalueen spektristä menee detektorin läpi pulssia aiheuttamatta. Pienten energioiden, kuten suuren rautamäärän aiheuttama • » » '· 30 rautafluoresenssi, vaikutus sen sijaan poistetaan käsittelystä asettamalla 4 110820 paksuudeltaan 0,01 - 0,2 millimetriä oleva, edullisesti esimerkiksi alumiinista valmistettu suodatin detektorin eteen.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyn laitteiston ominaisuudet 5 määräytyvät olennaisesti energiadispersiivisen menetelmän perusteella. Röntgenlähteen voimakkuus, joka on kääntäen verrannollinen mittausaikaan, sen sijaan mitoitetaan sellaiseksi, että aaltodispersiivistä menetelmää voidaan käyttää. Käytettäessä esimerkiksi röntgenlähteen voimakkuutena 35 W mittaus-ajaksi tulee 2-3 minuuttia, kun taas käytettäessä röntgenlähteen voimakkuutta 10 300 W mittausaika lyhenee noin 15 sekuntiin.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään edullisesti ainakin yhtä kanavaa sekä aaltodispersiiviselle että energiadispersiiviselle menetelmälle. Mikäli jommallekummalle tai molemmille menetelmille käytetään kahta tai 15 useampaa kanavaa, aaltodispersiiviset kanavat on tavallisesti viritetty eri aallonpituuksille ja energiadispersiiviset kanavat eri energia-alueille.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, • · · :"i jonka kuvio esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa kaaviomaisena ,v 20 kuvantona.

• · · · • · • Kuvion mukaisesti röntgenlähteessä 1 synnytetty säteily johdetaan analysoitavaan näytteeseen 6. Näyte 6 synnyttää edelleen eri alkuaineille ominaista röntgenfluoresenssisäteilyä, jonka intensiteettejä mitataan sekä aaltodispersiivi- > » · » · 25 sellä menetelmällä toimivalla tekniikalla 2, jossa jokaiselle alkuaineelle on oma * < « monokromaattori, detektori ja mittauselektroniikka, sekä energiadispersiivisellä » » · tekniikalla toimivalla detektorilla 3, joka on verrannollisuuslaskuri. Energiadis- » · I · persiivisen detektorin 3 eteen on edelleen asennettu rajoitin 4, joka rajoittaa • · » *;··, näytteestä 6 tulevaa intensiteettiä niin, että intensiteetti vastaa analysoitavasta I f « ' ’ 30 näytteestä riippuvaa edullisesti alle 12 kHz olevaa pulssikäsittelynopeutta.

Lisäksi detektorin 3 eteen on asennettu suodatin 5, joka suodattaa säteilystä pois esimerkiksi mahdollisen suuren rautamäärän aiheuttaman energiapiikin.

5 110520 11«

Ml* * * • · * 4 # * t * ·

* I

• ·

« S

• · '< » · i » » I « ·

» I

> · » * » » ·

• I I

1 I

• t t » ·

Claims

110820

1. Menetelmä kiinteiden, nestemäisten tai lietemäisten materiaalien sisältämien alkuainepitoisuuksien määrittämiseksi röntgenfluoresenssimenetelmällä online- 5 analyysissä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään sekä energiadisper-siivisen (3) että aaltodispersiivisen (2) röntgenfluoresenssimenetelmän yhdistelmää siten, että energiadispersiivisellä menetelmällä (3) mitataan olennaisen kaukana toisistaan olevia röntgenviivoja, kun taas aaltodispersiivi-sellä menetelmällä (2) mitataan olennaisen lähellä toisiaan olevia röntgenviivoja 10 ja niitä röntgenviivoja, joille hyvä resoluutio ja siitä seuraava tarkkuus ja herkkyys ovat tarpeen, ja että energiadispersiivisessä menetelmässä sekä suurten energioiden että pienten energioiden aiheuttama vaikutus on poistettu.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att kombinationen av det . energidispersiva (3) och det vägdispersiva (2) förfarandet är beroende av den grundämneskombination som skall mätäs. 30 3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att en proportionalräknare används som detektor (3) vid det energidispersiva förfarandet. e 110320

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energiadis-15 persiivisen (3) ja aaltodispersiivisen (2) menetelmän yhdistelmä on riippuvainen mitattavasta alkuaineyhdistelmästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energi- .'adispersiivisen menetelmän detektorina (3) käytetään verrannollisuuslaskuria. «* · ·:··: 20 -'V: 4. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energiadispersiiviselle detektorille (3) tulevaa säteilyintensiteettiä pienennetään detektorin eteen asennetulla rajoittimella (4) edullisen pulssikäsittelynopeuden aikaansaamiseksi. 25

4. Förfarande enligt patentkrav 1, 2 eller 3, kännetecknat av att strälningsintensiteten tili den energidispersiva detektorn (3) sänks med hjälp av en framför detektorn placerad begränsare (4) för att astadkomma fördelaktig 5 pulsbehandlingshastighet.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av att strälningsintensiteten tili den energidispersiva detektorn (3) sänks genom att leda strälningen som skall mätäs genom ett hai i en framför detektorn anordnad kropp (4). 10

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energiadispersiiviselle detektorille (3) tulevaa säteilyintensiteettiä pienennetään johtamalla mitattava säteily detektorin eteen asennetussa kappaleessa (4) olevan reiän kautta. ··:' 30 7 110820

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään edullisesti ainakin yhtä kanavaa sekä aaltodispersiiviselle (2) että energiadispersiiviselle (3) menetelmälle.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aaltodispersiivisten (2) kanavien lukumäärän ollessa ainakin kaksi, kanavat on viritetty eri aallonpituuksille.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ίο energiadispersiivisten (3) kanavien lukumäärän ollessa ainakin kaksi, kanavat on viritetty eri energia-alueille. 15 1. Förfarande för bestämning av grundämneshalter i fasta, flytande eller slamartade material genom röntgenfluorescensförfarandet vid online-analys, kännetecknat av att en kombination av bade ett energidispersivt (3) och ett vägdispersivt (2) röntgenfluorescensförfarande tiilämpas vid förfarandet sä att röntgenlinjer som befinner sig pä ett väsentligen stort avständ frän varandra 20 mäts genom det energidispersiva förfarandet (3), medan röntgenlinjer pä ett väsentligen litet avständ frän varandra samt de röntgenlinjer för vilka en bra ; resolution och därav följande noggrannhet och känslighet är av nöden mäts genom det vägdispersiva förfarandet (2) och att päverkan av säväl Stora energier som smä energier eliminerats i det energidispersiva förfarandet. 25

6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att ätminstone en kanal för bäde det vägdispersiva (2) ooh det energidispersiva (3) förfarandet företrädesvis används vid förfarandet. 15

7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att när antalet vägdispersiva (2) kanaler är ätminstone tvä, är kanalerna avstämda för olika väglängder.

’ 8. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att när antalet • I t ‘ . 20 energidispersiva (3) kanaler är ätminstone tvä, är kanalerna avstämda för olika . . energiomräden. * * » i i