Przedmiotem wynalazku jest sposób analizy sladowych zawartosci pierwiastków poprzez wzbudzanie wiazka protonów charakterystycznego dla kazdego pierwiastka promieniowania rentgenowskiego promieniowania X, majacy zastosowanie zarówno w badaniach procesów i produktów wspólczesnej technologii- w metalurgii elektronice, gazyfikacji wegla, jak i w badaniach biologicznych i medycznych oraz badaniach zagadnien skazenia srodowiska naturalnego.Znany jest sposób analizy sladowych zawartosci pierwiastków za pomoca wzbudzania wiazka protonów charakterystycznego promieniowania X zwany w nomenklaturze angielskiej od slów "Proton Induced X Ray Emission" metoda PIXE. Rysunek na fig. 1 przedstawia schemat koncepcyjno-blokowy ukladu, w oparciu o który opisuje sie znana metode.W metodzie tej wiazke protonów z komory cyklotronu 4 wprowadza sie przez jonowód 3 do prózniowej komory pomiarowej 1, gdzie wiazka bombarduje tarcze 2 z umieszczona na niej badana próbka powodujac* wybijanie z próbki elektronów, czemu towarzyszy emisja promieniowania X o energii charakterystycznej dla kazdego pierwiastka zawartego w próbce. Uklad detekcyjny i rejestrujacy 5 dokonuje detekcji wzbudzonego promieniowania, jego rejestracji z wyznaczeniem energii, a wiec daje koncowa analize skladu pierwiastkowego próbki. Metoda charakteryzuje sie wysoka czuloscia, umozliwia analize zawartosci wielu pierwiastków od fosforu do najciezszych. Jest to poza tym metoda, która nie niszczy próbek. Fakt,ze substanqa moze byc analizowana bez zadnej obróbki chemicznej, spalania, rozpuszczania w kwasach itp. ma podstawowe znaczenie dla badan na poziomie sladowym, bowiem wiadomo, ze kazda taka ingerenqa prowadzi do znieksztalcenia wyników pomiaru i niestety nie istnieja odczynniki calkowicie czyste.Wada znanej metody jest to, ze próznia panujaca w komorze pomiarowej 1 wplywa niekorzystnie na badanie materialów izolacyjnych. Pod wplywem bombardowania protonami w prózni komory pomiarowej 1 tarczy 2 z próbka o charakterze izolacyjnym nastepuje lokalne ladowanie sie tarczy 2 zbadana próbka i na skutek hamowania przyciaganych z otoczenia elektronów tworzy sie cos w rodzaju lampy rentgenowskiej.Powoduje to powstawanie duzego tla pomiarowego, nadmiernie obciazajacego detektor, a w niektórych przypadkach uniemozliwienie analizy. Próbek o charakterze izolacyjnym jest bardzo wiele: drewno, kosci, wysuszona tkanka, krew, sole, suche materialy pokarmowe, materialy stosowane w elektronice, wyzej wspomniana wada zas ogranicza stosowanie metody PIXE w wielu dziedzinach o duzym znaczeniu gospodarczym jak na przyklad w rolnictwie, medycynie, gospodarce wodnej, elektronice.2 130 470 Drugi znany sposób analizy sladowych zawartosci pierwiastków wyjasniony jest w oparciu o schemat koncepcyjno-blokowy ukladu przedstawionego na rysunku na fig. 2. W sposobie tym zwanym metoda PIXE z wiazka zewnetrzna, wiazke protonów z komory cyklotronu 4 wprowadza sie poprzez jonowód 3, w którym panuje próznia cyklotronowa i przez dodatkowe okienko odgraniczajace 6 z folii berylowej do komory pomiarowej 1, w której panuje normalne cisnienie atmosferyczne. W komorze pomiarowej 1 wiazka bombarduje tarcze 2 z badana próbka, zas wyemitowane promieniowanie jest analizowane przez uklad detekcyjny i rejestrujacy 5. W zasadzie komora pomiarowa staje sie tu zbedna. Wprowadzenie normalnego cisnienia atmosferycznego do komory pomiarowej 1 lub inaczej: uzycie wiazki zewnetrznej ulatwia rozladowywanie sie tarczy 2 z próbka i jej chlodzenie, ale ma szereg wad: degraduje w znacznym stopniu energie wiazki protonów, wprowadza do pomiaru linie argonu, co utrudnia rejestracje innych pierwiastków, gdyz impulsy od linii argonu stanowia glówne obciazenie detektora oraz stwarza niebezpieczenstwo zapowietrzenia cyklotronu wobec istnienia jedynie bardzo cienkiej folii pomiedzy jonowodem 3 a komora pomiarowa 1. Zastosowanie berylowego okienka odgraniczajacego 6 na wyjsciu wiazki protonów powoduje ponadto w pomiarze szkodliwe tlo neutronowe z reakcji proton-neutron.W sposobie analizy wedlug wynalazku usunieto wyzej wymienione wady znanych dotychczas odmian metody PIXE przez zastosowanie w komorze pomiarowej resztkowego cisnienia, posredniego miedzy wysoka próznia cyklotronowa a normalnym cisnieniem atmosferycznym. Przed wprowadzeniem wiazki protonów do komory pomiarowej „odcina sie" koncówke jonowodu od cyklotronu, a nastepnie równoczesnie obustronnie odpompowuje sie powietrze z komory pomiarowej i koncówki jonowodu, az do uzyskania cisnienia 5-MO hektopascali, po czym otwiera sie koncówke jonowodu, wprowadza wiazke protonu z cyklotronu przez jonowód i foliowe okienko odgraniczajace do komory pomiarowej. Dalsza czesc analizy przebiega w znany sposób: wiazka protonów bombarduje tarcze z badana próbka powodujac wybijanie elektronów, czemu towarzyszy emisja promieniowania X o energii charakterystycznej dla kazdego pierwiastka zawartego w próbce. Uklad detekcyjny i rejestrujacy dokonuje detekcji wzbudzonego promieniowania oraz jego rejestracji z wyznaczeniem energii, a wiec prowadzi do analizy skladu pierwiastkowego badanej próbki.Dzieki zastosowaniu równoczesnego obustronnego odpompowania mozliwa byla zamiana materialu okien¬ ka odgraniczajacego. W miejsce folii berylowej powodujacej powstawanie szkodliwego tla neutronowego z reakcji proton - neutron w sposobie wedlug wynalazku stosuje sie cienka folie aluminiowa nie powodujaca powstawa¬ nia szkodliwego tla neutronowego, a wytrzymujaca cisnienie posrednie, a zarazem bez specjalnych wymagan wytrzymalosciowych.Cisnienie posrednie zastosowane w sposobie wedlug wynalazku jest wystarczajace dla ciaglego rozladowywania sie tarczy z badana próbka, wobec czego nie powstaje tlo hamowania od elektronów przyciaganych do ladujacej sie tarczy; pozostale resztki powietrza nie degraduja wiazki protonów w znaczacym stopniu; linie argonu utrudniajace pomiar przy wprowadzeniu wiazki do pelnej atmosfery zostaja praktycznie wyeliminowane; chlodzenie tarczy jest wystarczajace, a znacznie lepsze niz w prózni. Takze niebezpieczenstwo zapowietrzenia cyklotronu na skutek pekniecia cienkiej folii okienka odgraniczajacego wlasciwie nie istnieje, dzieki zabezpieczeniu w postaci komory pomiarowej z ograniczona iloscia powietrza. Zastosowanie w sposobie wedlug wynalazku ukladu pomiarowego z cisnieniem posrednim w komorze pomiarowej rozszerza zakres badanych substancji na próbki o charakterze izolacyjnym, a wiec praktycznie na wszelkie substancje. Sposób analizy wedlug wynalazku eliminuje wiec wady znanych dotychczas sposobów i ukladów do ich stosowania, a zachowuje wszystkie ich zalety.Rysunek na fig. 3 przedstawia ogólny schemat koncepcyjno-blokowy ukladu realizujacego sposób wedlug wynalazku, a fig. 4 ukazuje schemat funkcjonalny ukladu pomiarowego dla przykladu sposobu wedlug wynalazku, zas na fig. 5 —wykres widma energetycznego uzyskanego z analizy próbki wysuszonego liscia bzu czarnego sposobem analizy wedlug wynalazku.Sposób analizy wedlug wynalazku zgodnie z fig. 3 przebiega nastepujaco: wiazka protonów z komory cyklotronu 4 wprowadzana jest przez jonowód 3 oraz okienko odgraniczajace 6 z folii aluminiowej do komory pomiarowej 1. Pompa 7 obustronnie równoczesnie odpompowuje powietrze z komory pomiarowej 1 oraz koncówki jonowodu 3, to znaczy z obu stron okienka odgraniczajacego 6. Wiazka protonów bombarduje w komorze pomiarowej 1 tarcze 2 z badana próbka powodujac wybijanie z próbki elektronów, czemu towarzyszy emisja promieniowania o energii charakterystycznej dla kazdego pierwiastka zawartego w próbce. Uklad detekcyjny i rejestrujacy 5 dokonuje detekcji wzbudzonego promieniowania, jego rejestracji z wyznaczeniem energii, a wiec prowadzi do analizy skladu pierwiastków badanej próbki.Na fig. 4 opisana jest przykladowa analiza sposobem wedlug wynalazku realizowana w ukladzie pomiarowym. Badana próbke stanowi wysuszony lisc bzu czarnego. Jest to próbka o charakterze izolacyjnym.Badana próbke umieszcza sie na tarczy 2 w komorze pomiarowej 1. Zamyka sie zawór 9 odcinajac w ten sposób koncówke jonowodu 3 od komory cyklotronu 4. Zawory 10 i 11 sa otwarte. Równoczesnie obustronne odpompowywanie powietrza z komory pomiarowej 1 oraz koncówki jonowodu 3 uzyskuje sie za pomoca pompy rotacyjnej 7. Wielkosc cisnienia w trakcie odpompowywania kontroluje sie membranowym cisnieniomierzem 8.Pompa rotacyjna 7 odpompowywuje powietrze równoczesnie z komory pomiarowej 1 i z koncówki130 470 3 jonowodu 3 — to znaczy z czesci jonowodu 3 miedzy okienkiem odgraniczajacym 6 z folii aluminiowej a zamknietym zaworem 9 — do cisnienia posredniego rzedu 5 -MO hektopascali, po czym zamyka sie; zawory 10 i 11. Nastepnie otwiera sie zawór 9 i w koncówce jonowodu 3 cisnienie wyrównuje sie do wysokiej prózni cyklotronowej. Wiazke protonów z komory cyklotronu 4 wprowadza sie przez jonowód 3 i okienko odgraniczajace 6 z folii aluminiowej o grubosci rzedu 2,5 mikrona do komory pomiarowej 1 z tarcza 2 z badanym lisciem bzu czarnego. Wiazka protonów bombarduje tarcze 2 z lisciem i powoduje wybijanie z liscia elektronów, czemu towarzyszy emisja promieniowania X o energii charakterystycznej dla kazdego zawartego w lisciu bzu pierwiastka.Powstala wiazka promieniowania X przechodzi z komory pomiarowej 1 do detektora 12 z krzemu dyfundowanego litem. Uzyskane widmo wzmacniane jest przez elektroniczny przedwzmacniacz oraz uklad wzmacniaczy 13 i poddawane jest analizie w wielokanalowym analizatorze amplitudy 14 z monitorem umozliwiajacym bezposrednie sledzenie widma. Analizator 14 polaczony jest z rejestratorem 15 zapisujacym widmo. Zarejestrowane widmo przekazuje sie do elektronicznej maszyny cyfrowej w celu opracowania wyników.Widmo na fig. 5 przedstawia sklad energetyczny promieniowania X — dla liscia bzu czarnego — gdzie poszczególnym numerom kanalów analizatora przyporzadkowane sa energie emitowanego promieniowania jednoznacznie okreslajace pierwiastek, zas liczby zliczen sa proporcjonalne do zawartosci pierwiastków w próbce.Poszczególne piki czyli zageszczenia ilosciowe impulsów w wybranych kanalach, oznaczone sa symbolami chemicznymi odpowiednich pierwiastków, a ponadto standardowa nomenklatura — ka, k/3, ^...-poszczegól¬ nych linii rentgenowskich.Po analizie matematycznej widma stwierdza sie miedzy innymi zawartosc w próbce: 140 ppm - parts per million — dla cynku — Zn; 31 ppm — dla olowiu — Pb; 25 ppm — dla bromu — Br.Stosunek pików charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego do tla wskazuje na wysoka jakosc widma.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób analizy sladowych zawartosci pierwiastków polegajacy na tym, ze wprowadza sie z komory cyklotronu poprzez jonowód i okienko odgraniczajace wiazke protonów do komory pomiarowej, gdzie wiazka bombarduje tarcze z umieszczona na niej próbka, a wyemitowane promieniowanie X poddaje sie detekcji i rejestracji z wyznaczeniem energii chyrakterystycznej dla pierwiastków zawartych w próbce, znamienny tym, ze przed wprowadzeniem wiazki protonów z komory cyklotronu (4) do komory pomiarowej (1) odcina sie koncówke jonowodu (3) od komory cyklotronu (4), a nastepnie równoczesnie obustronnie odpompowuje pompa (7) powietrze z komory pomiarowej (1) i koncówki jonowodu (3), az do uzyskania cisnienia posredniego miedzy wysoka próznia cyklotronowa a normalnym cisnieniem atmosferycznym, po czym odlacza sie pompe (7), otwiera sie koncówke jonowodu (3), wprowadza wiazke protonów z komory cyklotronu (4) poprzez jonowód (3) i okienko odgraniczajace (6) z folii aluminiowej do komory pomiarowej (1), w której, panuje cisnienie posrednie i gdzie wiazka bombarduje tarcze (2) z umieszczona na niej próbka, a wyemitowane promieniowanie X podlega w ukladzie detekcyjnym i rejestrujacym (5) wyznaczeniu energii charakterystycznej dla pierwiastków zawartych w próbce. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze cisnienie posrednie w komorze pomiarowej (1) wynosi 5 -f-10 hektopascali. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze folia aluminiowa, z której wykonane jest okienko odgraniczajace (6) ma grubosc mniejsza niz 3 mikrony.130 470 / 2 figA 12 6 3 fig. 2130 470 •i 7 2 Wi "7 6 r 3 4 7^ fig. 3 f/g. 4130 470 Zliczen na kanal Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 130 zl. PL