RU2753164C1 - Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества - Google Patents

Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества Download PDF

Info

Publication number
RU2753164C1
RU2753164C1 RU2020135138A RU2020135138A RU2753164C1 RU 2753164 C1 RU2753164 C1 RU 2753164C1 RU 2020135138 A RU2020135138 A RU 2020135138A RU 2020135138 A RU2020135138 A RU 2020135138A RU 2753164 C1 RU2753164 C1 RU 2753164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
spectrum
scattered radiation
substance
concentration
Prior art date
Application number
RU2020135138A
Other languages
English (en)
Inventor
Роман Витальевич Аниськов
Андрей Анатольевич Гордеев
Андрей Аркадьевич Игнатьев
Сергей Владимирович Саркисов
Суад Зухер Черемисин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "АМБ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "АМБ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "АМБ"
Priority to RU2020135138A priority Critical patent/RU2753164C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2753164C1 publication Critical patent/RU2753164C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Использование: для рентгенофлуоресцентного анализа определения концентрации элементного состава вещества. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют спектр характеристического излучения по всему диапазону энергий, соответствующих аналитическим линиям содержащихся в пробе элементов одновременно с интенсивностью некогерентно рассеянного излучения, при этом аппроксимируют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, устраняют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, определяют первый статистический момент для каждой энергии, определяют второй статистический момент для каждой энергии, нормируют спектр характеристического излучения по преобразованным интенсивностям некогерентно рассеянного излучения. Технический результат: повышение чувствительности. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области определения концентрации элементного состава вещества, по результатам измерений и последующих преобразований интенсивности характеристического рентгеновского излучения в веществах сложного химического и фазового состава, имеющих различную структуру и плотность.
Толкование терминов, используемых в заявке
Рентгенофлуоресцентный анализ - анализ характеристического рентгеновского излучения по всему диапазону длин волн в области спектра от 0,01 до 100 нм (Лосев Н.Ф., Смагунова А.Н. Основы рентгеноспектрального флуоресцентного анализа. - М.: Химия, 1982. - 208 с. С. 11; ГОСТ 28033-89 Сталь. Метод рентгенофлуоресцентного анализа. М.: Издательство стандартов, 1989. - 10 с. Стр. 1).
Под элементным составом вещества понимается химический состав, включающий химические элементы, химические соединения, ионы, радикалы, изотопы, функциональные группы, группы и классы веществ, обладающие определенными свойствами и т.д. (Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов в четырех томах. - М.: Наука, 1967. - T. 4. - 314 с.).
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ определения концентрации фазы в веществе сложного химического состава», патент RU 2255328, G01N 23/20, опубл. 27.06.2005, бюл. № 18. Способ включает определение концентрации элемента и кристаллической фазы, куда входит определяемый элемент в веществе сложного химического состава, включающий облучение пробы анализируемого вещества монохроматическим рентгеновским излучением, регистрацию интенсивности когерентно рассеянного определяемой кристаллической фазой первичного излучения. В способе предусматривается одновременная или последовательная регистрация интенсивности когерентно рассеянного излучения с интенсивностью некогерентного рассеянного первичного излучения этой же пробой, а затем по отношению указанных интенсивностей устанавливается концентрация определяемой фазы.
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ определения концентраций элемента и фазы, включающей данный элемент, в веществе сложного химического состава», патент RU №2362149, G01N 23/20, G01N 23/223, опубл. 20.07.2009, бюл. № 20. Изобретение относится к физическим методам анализа химического и фазового состава вещества. Способ включает одновременную регистрацию интенсивности характеристического излучения определяемого элемента, его определяемой фазы и интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного (по Комптону) излучений, по отношению указанных интенсивностей определение концентрации элемента и фазы, включающей данный элемент, что позволяет учитывать влияние вещественного состава на результаты анализа (матричный эффект). Отличительной особенностью способа является то, что отношение интенсивности аналитической линии I i к интенсивности некогерентно рассеянному излучению I nc не зависит от матрицы пробы и может использоваться как аналитический параметр K i .
Наиболее близким по своей технической сущности и выполняемым функциям аналогом-прототипом к заявленному, является способ, реализованный в изобретении «Способ определения концентрации элемента в веществе сложного химического состава» патент RU № 2524454, G01N 23/20, опубл. 27.07.2014, Бюл. № 21. Изобретение относится к способу определения концентрации элемента (элементов), основанному на измерении характеристического рентгеновского излучения в веществах сложного химического и фазового состава, имеющих различную структуру и плотность. Способ заключается в том, что облучают пробу анализируемого вещества монохроматическим гамма- или рентгеновским излучением с одновременной регистрацией интенсивностей характеристического излучения и некогерентно рассеянного этой же пробой первичного излучения, устанавливают концентрацию определяемого элемента по аналитическому параметру, учитывающему влияние фона характеристического излучения.
Технической проблемой в данной области является низкая чувствительность характеристического излучения из-за отсутствия возможности выявить взаимное влияние внутренних эффектов возбуждения и поглощения, то есть, определить области спектра, которые содержат только значимые аналитические линии с использованием правила 3
Figure 00000001
.
Техническая проблема решается созданием способа рентгенофлуоресцентного анализа определения концентрации элементного состава вещества, обеспечивающего повышение чувствительности характеристического излучения за счет возможности выявления взаимного влияния внутренних эффектов возбуждения и поглощения, то есть, определения области спектра, которые содержат только значимые аналитические линии с использованием правила 3
Figure 00000001
.
Техническая проблема решается тем, что способ рентгенофлуоресцентного анализа определения концентрации элементного состава вещества заключающийся в том, что измеряют спектр характеристического излучения по всему диапазону энергий (длин волн), соответствующих аналитическим линиям содержащихся в пробе элементов одновременно с интенсивностью некогерентно рассеянного излучения, согласно изобретению дополнен следующими действиями: аппроксимируют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, устраняют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, определяют первый статистический момент для каждой энергии (длины волны), определяют второй статистический момент для каждой энергии (длины волны), нормируют спектр характеристического излучения по преобразованным интенсивностям некогерентно рассеянного излучения.
Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показывают, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - Исходный спектр, рассчитанная аппроксимирующая функция, скорректированный спектр (спектр с учетом фона);
фиг. 2 - Сравнение скорректированного исходного спектра с первым и вторым статистическим преобразованием скорректированного спектра.
Реализовать заявленный способ можно в виде последовательности действий, проводимых рентгенофлуоресцентным анализом определения концентрации элементного состава вещества, а именно:
1. Измеряют спектр характеристического излучения по всему диапазону энергий (длин волн), соответствующих аналитическим линиям содержащихся в пробе элементов одновременно с интенсивностью некогерентно рассеянного излучения. При этом применяют метод непрерывных измерений с использованием газоанализаторов (РД 52.04.840-2015. Применение результатов мониторинга качества атмосферного воздуха с помощью методов непрерывных измерений. Санкт-Петербург, 2016. - 56 с.).
2. Аппроксимируют фон спектра, образованного некогерентно рассеянным излучением, при этом в спектре фиксируется область рассеяния и проводится аппроксимация области, соответствующей энергии возбуждения - аналитической области. Спектр характеристического излучения с аппроксимируемым фоном формируют с использованием выражения:
Figure 00000002
(1),
где
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- текущая интенсивность,
Figure 00000005
- интенсивность некогерентного рассеяния,
Figure 00000006
- номер аналитического канала,
Figure 00000007
- номер канала линии некогерентного рассеяния,
Figure 00000008
- множитель, нормирующий интенсивность,
Figure 00000009
- постоянная величина, зависящая от материала анода трубки и типа коллиматора.
3. Устраняют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, при этом формируют спектр с учетом влияния эффекта возбуждения интенсивности в аналитической области рассеянным излучением с использованием выражения:
Figure 00000010
, (2)
где
Figure 00000011
- функция расхождения аппроксимирующей функции от значений исходного спектра, зависящая от энергии (номера канала
Figure 00000006
) и длины волны возбуждающего излучения
Figure 00000012
, равной
Figure 00000013
(фиг. 1).
На фигуре 1 обозначены:
Красная линия - исходный спектр;
Зеленая линия - аппроксимация фона, обусловленного рассеянным излучением;
Синяя линия - спектр с учетом фона.
4. Определяют первый статистический момент для каждой энергии (длины волны), при этом определяют первый статистический момент для интенсивности каждого канала спектра - Е:
Figure 00000014
(3)
Первый момент соответствует математическому ожиданию в каждой текущей точке, то есть указывает на интенсивность, соответствующую каналу с учетом предыдущих значений.
5. Определяют второй статистический момент для каждой энергии (длине волны). Второй статистический момент определяется на основе первого статистического момента E:
Figure 00000015
(4)
Второй момент соответствует дисперсии в каждом канале спектра с учетом первого момента.
6. Нормируют спектр характеристического излучения по интенсивности некогерентно рассеянного излучения. Нормирование проводится делением вторых статистических моментов интенсивностей спектра - D n на интенсивность некогерентно рассеянного излучения - D nc :
Figure 00000016
(5)
При этом ускоряющее напряжение при измерении пробы воды не меняется (иначе изменится длина волны комптоновского рассеяния). Критерием выбора метода нормирования и статистических преобразований является линеаризация зависимости концентрации элементов от измеренной интенсивности (фиг. 2).
На фигуре 2 обозначены:
Красная линия - первый статистический момент скорректированного спектра;
Черная линия - исходный спектр;
Синяя линия - второй статистический момент скорректированного спектра.
Осуществление изобретения произведено на примере спектра пробы воды, полученного аппроксимацией фона (1). Повышение чувствительности характеристического излучения при элементном контроле воды достигается рядом преобразований исходного спектра. Применены преобразования учета фона, соответствующего рассеянному излучению с помощью (2), которые позволяют вычесть влияние интенсивности, возникающей в результате комптоновского рассеяния. Дальнейшее применение статистических преобразований, а именно расчет математического ожидания и дисперсии в каждом аналитическом канале значительно повышают чувствительность характеристического излучения при прочих равных условиях. То есть не меняя аппаратную часть - рентгеновскую трубку, ускоряющее напряжение и детектор, можно повысить ценность рентгенофлуоресцентного анализа при аналитическом контроле качества водных источников в области обнаружения металлов с атомными номерами Z > 20 (фиг.2).
Преобразования первого и второго статистических моментов повышают предел обнаружения на 3-4 порядка, что позволяет снизить предел обнаружения до 10-7%. Расчет дисперсии по всему диапазону энергий полученного спектра приближает зависимость концентраций от интенсивности к линейному виду. Дальнейшая нормировка на некогерентно рассеянное излучение приводит уравнения связи (концентрации и интенсивности) к линейному виду, что при анализе низких концентраций и их расчета методом стандарта - фона снижает количество калибровочных образцов.
Таким образом, решается техническая проблема.

Claims (1)

  1. Способ рентгенофлуоресцентного анализа определения концентрации элементного состава вещества, заключающийся в том, что измеряют спектр характеристического излучения по всему диапазону энергий (длин волн), соответствующих аналитическим линиям содержащихся в пробе элементов одновременно с интенсивностью некогерентно рассеянного излучения, отличающийся тем, что аппроксимируют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, устраняют фон, образованный некогерентно рассеянным излучением, определяют первый статистический момент для каждой энергии (длины волны), определяют второй статистический момент для каждой энергии (длины волны), нормируют спектр характеристического излучения по преобразованным интенсивностям некогерентно рассеянного излучения.
RU2020135138A 2020-10-27 2020-10-27 Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества RU2753164C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135138A RU2753164C1 (ru) 2020-10-27 2020-10-27 Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135138A RU2753164C1 (ru) 2020-10-27 2020-10-27 Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753164C1 true RU2753164C1 (ru) 2021-08-12

Family

ID=77349007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020135138A RU2753164C1 (ru) 2020-10-27 2020-10-27 Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753164C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781625C2 (ru) * 2020-12-02 2022-10-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)" Способ ренгенофлуоресцентного определения содержания примесей металлов в тонких металлических фольгах

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004109072A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp 液中の金属不純物分析方法
RU2372611C1 (ru) * 2008-04-14 2009-11-10 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" Способ рентгеновского флуоресцентного анализа материалов
RU2427825C1 (ru) * 2010-03-24 2011-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Рентгеноспектральный способ определения содержания углерода в сталях и устройство для определения содержания углерода в сталях
JP2012132826A (ja) * 2010-12-22 2012-07-12 Siltronic Ag シリコンウェハの金属不純物分析方法
RU2524454C1 (ru) * 2013-04-11 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Способ определения концентрации элемента в веществе сложного химического состава
RU2584064C1 (ru) * 2014-12-26 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Способ рентгенофлуоресцентного определения содержания примесей конструкционных материалов

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004109072A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp 液中の金属不純物分析方法
RU2372611C1 (ru) * 2008-04-14 2009-11-10 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" Способ рентгеновского флуоресцентного анализа материалов
RU2427825C1 (ru) * 2010-03-24 2011-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Рентгеноспектральный способ определения содержания углерода в сталях и устройство для определения содержания углерода в сталях
JP2012132826A (ja) * 2010-12-22 2012-07-12 Siltronic Ag シリコンウェハの金属不純物分析方法
RU2524454C1 (ru) * 2013-04-11 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Способ определения концентрации элемента в веществе сложного химического состава
RU2584064C1 (ru) * 2014-12-26 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Способ рентгенофлуоресцентного определения содержания примесей конструкционных материалов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781625C2 (ru) * 2020-12-02 2022-10-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)" Способ ренгенофлуоресцентного определения содержания примесей металлов в тонких металлических фольгах

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4247559B2 (ja) 蛍光x線分析装置およびそれに用いるプログラム
US20150153225A1 (en) Quantitative elemental profiling in optical emission spectroscopy
CN109946283B (zh) 气体混合物的增强拉曼分析
JP2848751B2 (ja) 元素分析方法
WO2021161631A1 (ja) 定量分析方法、定量分析プログラム及び蛍光x線分析装置
Pessanha et al. Comparison of standard‐based and standardless methods of quantification used in X‐ray fluorescence analysis: Application to the exoskeleton of clams
CN113324973A (zh) 一种结合光谱内标的多因素校正拉曼光谱定量分析方法
JP5981545B2 (ja) 物体の放射線検査方法
Shulyumova et al. Multivariate calibration in TXRF analysis of water
JP2022176143A (ja) 蛍光x線分析装置及び方法
US4016419A (en) Non-dispersive X-ray fluorescence analyzer
JP3889187B2 (ja) 蛍光x線分析方法およびその装置
Moya‐Riffo et al. A procedure for overlapping deconvolution and the determination of its confidence interval for arsenic and lead signals in TXRF spectral analysis
RU2753164C1 (ru) Способ рентгенофлуоресцентного анализа концентрации элементного состава вещества
US20090259410A1 (en) Optical Emissioin Spectroscopy Qualitative and Quantitative Analysis Method
JPH07151677A (ja) 濃度計
RU2427825C1 (ru) Рентгеноспектральный способ определения содержания углерода в сталях и устройство для определения содержания углерода в сталях
CN111272735A (zh) 一种激光诱导击穿光谱的检测方法
JP2001091481A (ja) 蛍光x線分析装置のバックグラウンド補正方法
JP4523958B2 (ja) 蛍光x線分析装置およびそれに用いるプログラム
US6845147B2 (en) Scatter spectra method for x-ray fluorescent analysis with optical components
Gedcke et al. FPT: An integrated fundamental parameters program for broadband EDXRF analysis without a set of similar standards
RU2367933C1 (ru) Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах
JP2022153952A (ja) 定量分析方法、定量分析システム、及び、定量分析システム用プログラム
JPH0247542A (ja) X線分光器を用いた定量分析方法