SU1004836A1 - Способ определени линейного коэффициента ослаблени - Google Patents

Description

Изобретение относится к рентгеноспектральному флуоресцентному анализу состава веществ и может быть использовано при дисперсионов анализе различных материалов (порошков, растворов, сплавов) сложного химического состава.

Известен способ определения массовых коэффициентов ослабления рентгеновского излучения анализируемым веществом, основанный на поглощении характеристического рентгеновского излучения соответствующей длины волны при пропускании его через специально приготовленный из анализируемого вещества поглотитель с определенной поверхностной плотностью m_g. Степень поглощения оценивают путем регистрации интенсивности излучения l_m,. прошедший через поглотитель, и (₀ , падающей на поглотитель. Затем численное значение массового коэффициента ослабления определяют по известной формуле Бера £1] .

Недостатком этого способа является длительность изготовления поглотителя, необходимого при определении коэффициента ослабления.

Известен способ определения величины массового коэффициента ослабле10 ния путем введения в анализируемый материал определенного количества· заведомо отсутствующего там химического элемента (или его соединения) Измеряя интенсивность спектральной' линии 12/с длиной волны(А.,_м) добавляемого 'элемента М от полученной смеси и зная истинное содержание элемента М в ней рассчитывают значение массового коэффициента ослабления характеристического излучения добавленного элемента анализируемым веществом £ 2].

Однако для определения массового коэффициента ослабления согласно данному способу необходимо дополнительно вводить элемент М, что представляет. сложность при его выборе, а также некорректность использования приема применительно к гетерогенным и слабопоглощающим материалам.

Наиболее близким к изобретению является способ определения линейного коэффициента ослабления рентгеновского излучения веществом сложного химического состава, заключающийся в облучении пробы анализируемого вещества, помещенного в кювету, рентгеновским излучением определенной .энергии и регистрации относительной интенсивности вторичного излучения с использованием внешнего стандарта. Условия эксперимента при этом не меняются. Значение коэффициента ослабления пробы для излучения с длиной волны /-р пропорционально рассеива- ’ ющей способности образца и обратно пропорционально относительной интенсивности рассеянного излучения [3].

Недостатком известного способа яв-’^и ляется его невысокая точность (25.50 отн.%) при использовании материалов широкопеременного состава вследствие слабоконтролируемых вариаций рассеивающей способности образца15 вызванных изменением химического состава анализируемого вещества.

Цель изобретения - повышение точности определения. 20

Поставленная цель, достигается тем, что согласно способу определения значения линейного коэффициента ослаб ления рентгеновского излучения веществом сложного химического состава, 25 заключающемуся в облучении пробы анализируемого вещества, помещенной в кювету, рентгеновским излучением определенной энергии и регистрации относительной интенсивности вторич- 30 ного излучения с использованием внешнего стандарта, измеряют относительную интенсивность рассеянного излучения или флуоресцентного излучения одного из элементов анализи- 35 руемого вещества при двух различных размерах выходного окна кюветы и находят искомое значение линейного коэффициента ослабления по значению отношения:измеренных относительных интенсивностей излучений с помощью' градуировочного графика.

Кроме того,- энергию рассеянного излучения или флуоресцентного излучения одного из элементов анализируемого вещества выбирают не меньше той энергии, для которой значение отношения измеренных относительных интенсивностей излучений от пробы вещества с наибольшей из анализируемых веществ ослабляющей способностью равно 1,1-1,2.

На фиг, 1 схематически представлена кювета, разрез) на фиг. 2 экспериментальные зависимости отно- 55 шения относительных интенсивностей I)ц> рассеянного излучения при разных размерах (Ц и 1_г) выходного окна кюветы ^от линейного'коэффициент ослабления/1, снятые при разных значениях отношений la/Ц ! на фиг. 3 - экспериментальные зависимости отношения'относительных интенсивностей флуоресцентного излучения , 65 элемента А при разных размерах (1/

от линейного коэффициента ослабления /4, снятые при разных значениях отношений h. / Ч ·

Анализируемую пробу помещают в цилиндрическую гильзу (2 на фиг. 1) определенного веса и объема. Гильзу с пробой предварительно взвешивают и таким образом определяют объемную плотность анализируемого материала р’. Затем гильзу помещают кювету (1, на фиг. 1), облучают пробу потоком первичного рентгеновского излучения и регистрируют интенсивность рассеянного пробой первичного Излучения или флуоресцентного излучения от одной .и той же пробы при двух различных размерах'выходного окна кюветы (17 и 1_г ).

Аналогичную операцию выполняют с внешним стандартом и, деля соот ветствующую интенсивность излучения от пробы на интенсивность излучения от стандарта, получают относительную интенсивность рассеянного излучения (I ) или флуоресцентного излучения элемента A (l-ji). Внешний стандарт используют для уменьшения влияния нестабильности работы прибора и интенсивность от него регистрируют, напрмер, через три пробы.

Отношение относительных интенсивностей }^или ’Н^{зависит} от линейного коэффициента ослабле ния соответствующего излучения анализируемом веществом.

Используя предварительно построенный экспериментальный график, определяют линейный коэффициент ослабления рассеянного излучения или флуоресцентного излучения/^, а. зная объемную плотность анализируемого материала, находят массовый коэффициент ослабления или

Определение величины массового коэффициента ослабления для излучения других длин волн осуществляют расчетным путем с использованием известных соотношений.

Представленные на фиг. 2 и 3 эк спериментальные зависимости сняты для различных значений отношения диаметров выходного окна кюветы: кривые 3 и 6 - для I<l/14 = 2, 4 и 7 для I1/I4 = 4) 5 и 8 - для l_t/1_f =5,6. Из этих зависимостей видно, что при выбранной энергии измеряемого излучения выбор значения Ι^/lf существенно влияет на погрешность определе- . ния значения /U, особенно при£|<2 см} выгодно брать 1₄/Ц побольше. Однако, максимально возможный размер выход1004836 ного окна кюветы (1χ) ограничивается конструктивными особенностями ренгеновского спектрометра, минимальныйсложностью изготовления окна кюветы и неточностью установки кюветы.

Реально достигаемое значение l^/tf равно 4-6. При таком значении 1^,/1 можно выбрать энергию первичного из-: лучения так, чтобы погрешность измерения /4 была минимальной или близкой к ней.

Выбор энергии первичного излучения производится так. На основании .информации о качественном составе исследуемых материалов и пределах изменения содержания основных компонентов оценивают пределы измененияД и выбирают состав пробы (или искусственного препарата).с наибольшей ослабляющей способностью. Для этой рробы (или препарата) рассчитывают · 20 величины геометрических факторов . Гили4д) для нескольких энергий при выбранных условиях эксперимента и геометрии конкретного прибора по фор- . мулам

Δ*-И10 где ν Wl 5iM4>/^y (Дтем Л* тц, \ ' \ ζϊηψ

- плотность образца^

- высота работающего объема излучателя (см. фиг.. 1);

- массовые коэффициенты ослабления образцом соответственно первичного, рассеянного и флуоресцентного излучения;

φ - угол падения первичного излучения,’ φ -угол отбора вторичного излучения. Приемлемыми являются излучения с энергиями большими, чем та, для которой а£ (илиА£) принимает значение 0,90. Окончательный выбор энергии производят,экспериментально и отбирают ту из них, для которой величина рабочего параметра, например (1*_?) 1^/ /(Ι*?)!^, от выбранной пробы или препарата равна 1,10-1,20. Верхний предел выбора энергий ограничивается техническими возможностями используемого прибора. Авторами использован спектрометр RW - 1220 Ph11 ips, который генерирует излучения до 100 кэВ^ Оценки 0,90 для А* и.1,10-1,20 для' 65 рабочего параметра выбраны исходя из того критерия, чтобы максимальное значение ьр/μ не превышало 10 отн.%.

Определение коэффициента ослабления можно производить по рассеянному излучению или по характеристическому излучению одного из элементов пробы. Однако предпочтительнее использование рассеянного излучения из-за широкого выбора энергий излучения при использовании первичного полихроматического излучения рентгеновской трубы.

Погрешность определения коэффициента ослабления составляет 5-7%, что в 5-6 раз. меньше, чем в прототипе,

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к рентгеноспектральному флуоресцентному анализу состава веществ и может быть использовано при дисперсионов анализе различных материалов (порошков, растворов, сплавов) сложного химического состава. Известен способ определени  массовых коэффициентов ослаблени  рентгеновского излучени  анализируемым веществом, основанный на поглощении характеристического рентгеновского излучени  соответствующей длины волны при пропускании его через специально приготовленный из анализируемо го вещества поглотитель с определенной поверхностной плотностью mg. Степень поглощени  оценивают путем регистрации интенсивности излучени  1,. прсмиедший через поглотитель, и IQ , падающей на поглотитель. Затем численное значение массового коэффициента ослаблени  определ ют по известной формуле Вера 1 . Недостатком этого способа  вл етс  длительность изготовлени  поглотител , необходимого при определени коэффициента ослаблени . Известен способ определени  вели чины массового коэффициента ослабле ни  путем введени  в анализируемый материал определенного количества заведомо отсутствующего там химического элемента (или его соединени ) Измер   интенсивность спектральной линии с длиной волны(А.1,,) добавл емого элемента М от полученной смеси и зна  истинное содержанке элемента М в ней рассчитывают значение массового коэффициента ослаблени  характеристического излучени  добавленного элемента анализируемым веществом С 2 , Однако дл  определени  массового коэффициента ослаблени  согласно данному способу необходимо дополнительно вводить элемент М, что представл ет , сложность при его выборе, а также HeKOppeKTHoctb использовани  приема применительно к гетерогенным и слабопоглощающим материалам. Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ определени  линейного коэффициента ослаблени  рентгеновского излучени  веществом сложного химического состава, заключающийс  в облучении пробы анализируемого вещества, потлещенного в кювету, рентгеновским излучением определенной энергии и регистрации относительной интенсивности вторичного излучени  с использованием внешнего стандарта Услови  эксперимента при этом не ме н ютс . Значение коэффициента ослаб лени  пробы дл  излучени  с длиной волны р пропорционально рассеивакхцей способности образцаСтрир и обратно пропорционально относительной интенсивности рассе нного излучени  3. Недостатком известного способа   л етс  его невысока  точность (25 .50 отн.%) при использовании материалов широкопеременного состава всле ствие слабоконтролируемых вариаций рассеивающей способности образца(T вызванных изменением химического со става анализируемого вещества, Цель изобретени  - повьшение точ ности определени . Поставленна  цель достигаетс  те что согласно способу определени  зн чени  линейного коэффициента ослаблени  рентгеновского излучени  веществом сложного химического состав заключающемус  в облучении пробы ан лизируемого вещества, помещенной в кювету, рентгеновским излучением определенной энергии и регистрации относительной интенсивности вторичного излучени  с использованием внешнего стандарта, измер ют относи тельную интенсивность рассе нного излучени  или флуоресцентного излучени  одного из элементов анализируемого вещества при двух различных размерах выходного окна кюветы и наход т искомое значение линейного коэффициента ослаблени  по значению отношени измеренных относительных интенсивностей излучений с пот ощью градуирозочного графика. Кроме того, энергию рассе нного излучени  или флуоресцентного излучени  одного из элементов анализйру ембго вещества выбирают не меньше той энергии, дл  которой значение отношени  измеренных относительных интенсивностей излучений от пробы вещества с наибольшей из анализируемых веществ ослабл ющей способностью равно 1,1-1,2. На фиг. 1 схематически представлена кювета, разрез; на фиг. 2 экспериментальные зависимости отношени  относительных интенсивностей 1;ц) рассе нного излучени  при разных размерах (Ц и ) выходного окна IXP (la.) кюветы 7 от линейногокоэффиI Хр I м циент ослаблени /;, сн тые при разных Значени х отношений 14./Ц , на фиг. 3 - экспериментальные зависимо ти отношени относительных интенсив ностей флуоресцентного излучени  элемента А при разных размерах (1/ 1 , ( Id) и выходного окна кюветы ) от линейного коэффициента ослаблени  /, сн тые при разных значени х отношений 1а / IY . Анализируемую пробу помещают в цилиндрическую гильзу (2 на фиг. 1) определенного веса и объема. Гильзу с пробой предварительно взвешивают и таким образом определ ют объемную плотность анализируемого материала . Затем гильзу помещают кювету (1, на фиг. 1), облучают пробу потоком первичного рентгеновского излучени  и регистрируют интенсивность рассе нного пробой первичного 1 элучени  или флуоресцентного излучени  от одной ,и той же пробы при двух различных размерахвыходного окна кюветы (1у и i). Аналогичную операцию выполн ют с внешним стандартом и, дел  соответствующую интенсивность излучени  от пробы на интенсивность излучени  от стандарта, получают относительную интенсивность рассе нного излучени  (IХр) или флуоресцентного излучени  элемента А (l2,i) Внешний стандарт используют дл  уменьшени  вли ни  нестабильности работы прибора и интенсивность от него регистрируют, нгшрмер, через три пробы. Отнс аение относительных интенсивностей или Ф-аП зависит IXP (i) ii (IY) от линейного коэффициента ослаблени  соответствующего излучени  анализируелым веществом. Использу  предварительно построенный экспериментальный график, определ ют линейный коэффициент ослаблени  рассе нного  элученн  j или флуоресцентного излучени  Л / а. зна  объемную плотность анализируемого материала, наход т массовый коэффициент ослаблени  Определение величины массового ко эффициента ослаблени  дл  излучени  других длин волн осуществл ют расчетным путем с использованием известных соотношений. Представленные на фиг. 2 и 3 экспериментальные зависимсхзти сн ты дл  различных значений отношени  диаметров выходного окна кюветы: кри вые 3 и б - дл  li/Ц 2/4и7дл  li/l/i 4} 5 и 8 - дл  /1, 5,6. Из этих зависимостей видно, что при выбранной энергии измер емого излучени  выбор значени  существенно вли ет на погрешность определе- . ни  значени  /, особенно при С 2 см,выгодно брать побольше. Однако, максимально возможный размер выходного окна кюветы (Ij.) ограничиваетс  конструктивными особенност ми ренгеновского спектрометра, минимальныйсложностью изготовлени  окна кюветы и неточностью установки кюветы. Реально достигаемое значение 1г/1( равно 4-6. При таком значении йожно выбрать энергию первичного из-: лучени  так, чтобы погрешность измерени  /4 была минимальной или близкой к ней. Выбор энергии .первичного излучени  производитс  так. На основании /информации о качественном составе исследуемых материалов и пределах изменени  содержани  основных компонентов оценивают пределы изменени /( и выбирают состав пробы (или искусственного препарата).с наибольшей ослабл ющей способностью. Дл  этой лробы (или препарата) рассчитывают величины геометрических факторов Лр Гили4д) дл  нескольких энергий при выбранных услови х эксперимента и ге ометрии конкретного прибора по формулам {(.,|9i«,)p вinЧ)Ф где 9 плотность образца D - высота работающего объема излучател  (см. фиг..), ,. - массовые коэффици-енты ослаблени  об разцсм соответственно первичного, рассе нного и флуоресцентного излучени ; tf - угол падени  первичного излучени , vp -.угол отбора вторич ного излучени . . Приемлемыми  вл ютс  излучени  с энерги ми большими, чем та, дл  которой А (или-Л) принимает значение 0,90. Окончательный выбор энергии производ т,экспериментально и отбирают ту из них, дл  которой величина рабочего параметра, например (Ixp)/ /(ijjp )l;, от выбранной пробы или пре парата равна 1,10-1,20. Верхний предел выбора энергий ограничиваетс  техничесдсими возможност ми используемого прибора. Авторс1ми использован спектрс нетр RW - 1220 Ph 51 Ips, который генерирует излучени  до 100 кэ Оценки 0,90 дп  &amp; и 1,10-1,20 дл  абочего параметра выбраны исход  из ого критери , чтобы максимальное начение не превышало 10 отн.%, Определение коэффициента ослаблеи  можно производить по рассе нному злучению или по характерис ическому злучению одного из элементов пробы. днако предпочтительнее использование рассе нного излучени  из-за широкого выбора энергий излучени  при использовании первичного полихроматического излучени  рентгеновской трубы. Погрешность определени  коэффициента ослаблени  составл ет 5-7%, что в 5-6 раз. меньше, чем в прототипе, Формула изобретени  . 1, Способ определени  линейного коэффициента ослаблени  рентгеновского излучени  веществом сложного химического состава, заключающийс  в облучении пробы анализируемого вещества , помещенного в кюаету, рентгеновс ким излучением определенной энергии и регистрации относительной интенсивности -вторичного излучени  с использованием внешнего стандарта, о т л ичающийс  тем, что, с цель повышени  точности определени , измер ют относительную интенсинШость рассе нного излучени  или флоуресиентного излучени  одного из элет ентов анализируемого вещества при двух различных размерах выходного окна кюветы и наход т искомое значение линейного коэффициента ослаблени  по значению отношени  измеренных относительных интенсивиостей излучений с. помощью градуировочного.графика. 2.Способ по п. 1,отличанйщ и и с   тем, что энергию рассе нного излучени  или флуоресцентного излучени  одного из элементов аналиэируемого вещества выбирают не меньше той энергии, дл  которой значение отношени  измеренных относительных интенсивностей излучений от пробы вещества с наибольшей из анализируемых веществ ослабл кицей способностью равно 1,1-1,2. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Либхавски Х.А. и др. Применег ние поглощени  и испускани  рентгеновских лучей. М., Металлурги , 1964, с. 23.
2. 2. Авторское свидетельство СССР 401915, кл. G 01 N 23/22, 1971.
3. 3.Reynolds R.С. Matrix CorrectI ons In trace element analysis by x-rey fluorescente. Extlmatlon of .the mass absorption Coefficient by compton scattering the American Mineralogist, y. 48,- N 9-10, 1963, jp.p. 1133-1143 (прототип).

   (Щ

   ry

   lf

   T

   риг .1

   ./

   fM

   Т

   ifi(t)

   /

   J 1 Т

   //

   Фиг.З