Способ определения рассеивающей способности вещества

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССЕИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВЕЩЕСТВА , заключающийся в облучении пробы анализируемого вещества рентгеновским или гамма-излучением с энергией, не совпадающей с потенциалами возбуждения или энергиями характеристического рентгеновского излучения ни одного из основных элементов анализируемого вещества и такой, что между энергиями когерентно и некогерентно рассеянного пробой первичного излучения не попадает ни одна из энергий краев поглощения основных элементов анализируемого вещества, измерении кристалл-дифракционным спектрометром интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного пробой на один и тот же угол первичного излучения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности определения рассеивающей способности многокомпонентных веществ переменного состава, дополнительно облучают вещество с известным химическим составом (внещний стандарт), измеряют интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного (Л пробой N , N и внешним стандартом (N , ) первичного излучения при трех различных значениях щирины приемной щели перед детектором, для каждого значения ширины щели вычисляют отношение относительных интенсивностей когерентно ( ) и некогерентно (N /NJ ) рассеянных излучений, по которым судят о рассеивающей способности 00 вещества. 00 С71 ot

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU» 1087856

3(5D G 0l N 23 223 »л»Е" »".:- ° . »Л»,-, гч ч !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

-у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3501531/18-25 (22) 18.10.82 (46) 23.04.84. Бюл. № 15 (72) А. В. Конев, С. Н. Рубцова, Э. В. Григорьев, Н. Е. Суховольская и Н. А. Астахова (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССЕИВАЮЩЕЛ СПОСОБНОСТИ ВЕЩЕСТВА, заключающийся в облучении пробы анализируемого вещества рентгеновским или гамма-излучением с энергией, не совпадающей с потенциалами возбуждения (71) Сибирский государственный проектный и научно-исследовательский институт цветной металлургии (53) 539.1.06(088.8) (56) 1. Плотников P. И., Пшеничный Г. А.

Флуоресцентный рентгенорадиометри ческий анализ..М., Атомиздат, 1973, с. 130 †1.

2. Цветянский А. П. Басова Е. П., Дуймакаев Ш. И. Исследование зависимости отношения интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного рентгеновского излучения от величины массового коэффициента рассеяния образца. — «Аппаратура и методы рентгеновского анализа», Л., «Машиностроение», 1981, вып. 26, с. 134—

138 (прототип) . или энергиями характеристического рентгеновского излучения ни одного из основных элементов анализируемого вещества и такой, что между энергиями когерентно и некогерентно рассеянного пробой первичного излучения не попадает ни одна из энергий краев поглощения основных элементов анализируемого вещества, измерении кристалл-дифракционным спектрометром интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного пробой на один и тот же угол первичного излучения, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения точности определения рассеивающей способности многокомпонентных веществ переменного состава, дополнительно облучают вещество с известным химическим составом (внешний стандарт), измеряют интенсивнос- щ ти когерентно и некогерентно рассеянного пробой N", N"" и внешним стандартом

tN,",", N,"," » перннчного излучения прн трех различных значениях ширины приемной щели перед детектором, для каждого значения ширины щели вычисляют отношение относительных интенсивностей . когерентно (N""/N,"" ) и некогерентно (N"" /N,"," ) рассеянных излучений, по которым судят о рассеивающей способности СР вещества. 00

1087856

10!

1зобретение относится к рентгеноспектрально»у анализу состава вещества и может быть использовано при анализе материалов сложного химического состава (порошков, растворов, сплавов) на рентгеновских спектрометрах и квантометрах.! 1ри РСА многокомпонентных материалов способом стандартафона необходимо учитывать вариации рассеиваюгцей способности анализируемого вещества, т. е. дифференциального массового коэффициента рассеяния, связанные с изменением вещественного состава исследуемых материалов.

Известен способ определения рассеивающей способности вещества, заключающийся в том, что пробу анализируемого многокомпонентного материала, содержащего элементы с атомным номером Z = 4 — 24, облучают потоком рентгеновского или гаммаизлучения с энергией Е,, выбранной так, чтобы она не совпадала с потенциалами возбуждения или энергиями характеристического излучения ни одного из основных элементов пробы, а энергии краев поглощения последних не попадали между энергиями пиков когерентно и некогерентно рассеянного первичного излучения, и измеряют интенсивнокг сти пиков когерентно(Й ) и некогерентно (N ) рассеянного излучения при одном и том же угле рассенияв . Затем по экспериментальному графику с использованием измеренного значения Np/Np определяют эффективный атомный номер излучателя Z,,а по величине Z pac«erma» путем определяют рассеивающую способность анализируемого вещества (1) .

Недостатком способа является его невысокая точность при анализе многокомпонентных материалов широкопеременного состава

Z = 6 — 92 (ошибка составляет 40 отн. /p).

Наиболее близким к изобретению является способ определения рассеивающей способности образца, заключающийся в облучении пробы анализируемого вещества рентгеновским или гамма-излучением с энергией, не совпадающей с потенциалами возбуждения или энергиями характеристического рентгеновского излучения ни одного из основных элементов анализируемого вещества и такой, что между энергиями когерентно и некогерентно рассеянной пробой первичного излучения не попадает ни одна из энергий краев поглощения основных элементов анализируемого вещества, и измерении кристалл-дифракционным спектрометром интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного пробой на один и тот же угол первичного излучения. Интенсивности когерентно N и некогерентно Мр рассеянного излучения при одном и том же угле рассеяния В измеряют при неизменной ширине приемной щели L перед детектором, а рассеивающую способность образца на15

55 ходят с использование» отношения интенсивностей Q =- - - из линейного уравнения

4ttlб, Р 1 1 j2)

Нетостатком известного способа является его невысокая точность применительно к анализу многокомпонентных материалов широкопеременного состава (ошибка до 40О/p), обусловленная тем, что рассеивающая способность элементов, составляющих эти материа1bl, нелинейным образом связана с аналитическим параметром 7 .

Цель изобретения — повышение точности определения рассеивающей способности многокомпонентных веществ переменного состава.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения рассеивающей способности вещества, заключающему в облучении пробы анализируемого вещества рентгеновским или гамма-излучением с энергией, не совпадающей с потенциалами возбуждения или энергиями характеристического рентгеновского излучения ни одного из основных элементов анализируемого вещества и такой, что между энергиями когерентно и некогерентно рассеянного пробой первичного излучения не попадает ни одна из энергий краев поглощения основных элементов анализируемого вещества, и измерении кристалл-дифракционным спектрометром интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянного пробой на один и тот же угол первичного излучения, дополнительно облучают вещество с известным химическим составом (внешний стандарт), измеряют интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного пробой (N", N"" ) и внешним стандартом (Х„, И„) первичного излучения при трех различных значениях ширины при емной щели перед детектором, для каждого значения ширины щели вычисляют отношение относительных интенсивностей когерентно(М"" /N ) и некогерентно(Х "/Х4т ) рассеянных излучений, по которым судят о рассеивающей способности вещества.

На фиг. 1 и 2 представлены экспериментальные зависимости аналитического параметра от ширины приемной щели соответственно для окисей железа и свинца; на фиг. 3 — спектры рассеянного излучения.

Эксперимент выполнен на спектрометре

ФРС вЂ” 7 при различных напряжениях U на рентгеновской трубке и двух режимах работы амплитудного анализатора импульсов (ААИ) — интегральном и дифференциальном (И и Д): кривая 1 — U = 30 кВ, ААИ вЂ” И; кривая 2 — U = 30 кВ; ААИ—

Д; кривая 3 — U = 50 кВ; ААИ вЂ” И, кривая 4 — U = 50 кВ; ААИ вЂ” Д; кривая 5 — U = 70 кВ; ААИ вЂ” И; кривая

6 — U = 70 кВ, ААИ вЂ” Д.

Монотонная зависимость параметра от

Li (а это необходимое условие для реализации предлагаемого способа определения

1087856 эффек- 20 д„б/dQ ) наблюдается в интервале Li

1,0 — 5,0 мм при напряжении на рентгеновской трубке, превышающем потенциал возбуждения U флуоресценции атомов материала анода не менее чем в два раза Ь > 2Uq)

Для анода из палладия ) 1, = 24 3 кВ. ра . 5

Существование зависимости = f(Li) объясняется тем, что интенсивности когенг нк рентно N и некогерентно N рассеянного образцом первичного характеристического излучения, равны соответственно 1О

N = Кр — — à /у лр+ Nф (1) кг кг нк

N = Кр -" -ф ф /РнЗ+ N (2) где К вЂ” константа эксперимента; кг НК а6 ф

de ая тивные массовые дифференциальные коэффициенты когерентного рассеяния; кг нк

N+ и N4, — постоянные составляющие фона на соответствующих участках спектра. кг нк

BeÄHÖHHbI и к бэУО И

*я с3 А определяются выражениями:

4 1Ц + К б..З0 0 ь б „н""б б,",4

BQ б1Я dQ

1 где d 6 /d Q и д б""/d g — массовые дифференциальные коэффициенты рассеяния кк кг

К и К вЂ” параметры зависящие от напряжения на трубке ширины L приемной щели детектора и ряда других факторов эксперимента.

Из указанного следует, что аналити- 40 ческий параметр g для данного вещества зависит от Li. Это обусловлено изменением соотношения когерентно и некогерентно рассеянного образцом первичного излучения в регистрируемом сигнале при различных L.

Зависимость параметра от Li в ин45 тервале Li =- 0 — 1 мм носит немонотонный и сложный характер. Это обусловлено уширением и смещением линий когерентно и некогерентно рассеянного первичного характеристического излучения (фиг. 3) с изменением эффективного атомного номера Z материала образца, изменением соотношения когерентно и некогерентно рассеянного пробой излучения. Поэтому минимальное значение ширины приемной щели должно превышать в данном случае 1 мм. Вообще же 55 минимальную ширину приемной щели !.квыбирают так, чтобы регистрировать не менее

95О/р интенсивности пика рассеянного излучения. Это достигается, если LI ранна или больше четырех полуширин пика. В условиях спектрометра с фокусирукнцей системой разложения в спектр вторичного излучения по Кошуа (радиус фокального круга

Роуланда равен 400 мм) аппаратурная полуширина дублета линии составляет 0,00!)200,00025 нм, а дисперсия прибора ФРС вЂ” 7, используемого в эксперименте, такова, что на 1 мм ширины приемной щели детектора приходится участок спектра в 0,0010 нм, поэтому L „выбирают равной 1,0 мм. Максимальную ширину щели выбирак>т в зависимости от химического состава исследуемых материалов, так чтобы в детектор Ilc попадало флуоресцентное излучение элементов пробы. Предлагаемый способ определения

Аэоб применим при анализе Iloрошкообразных, жидких и твердых материалов и может быть реализован с использованием любого серийного спектрометра или анализатора с фокусируюшей системой разложения вторичного излучения в спектр.

Пример. Экспериментальную проверку способа определения — — — проводили с аб с3А использованием искусственных препаратов и плавиковошпатовых руд и промпродуктов их передела. В состав препаратов входят семь элементов с Z = 8 — 82. Исходные компоненты SiO<, Fe20>, ZnO, Se, Zr0z, PhO подбирались так, чтобы смоделировать мпогокомпонентные материалы широкопеременного состава (рассеивающая способность варьируется в пределах для — д-— (0,4 — 7,6) 10 — " —, à dgdР = (0,6 — 1,!)

"10 " ). ь

Измерение интенсивностей выполняли на двухканальном коротковолновом спектрометре ФРС вЂ” 7, с фокусирующей системой по схеме Кошуа. Прибор оснащен рентгеновской трубкой 3,5 БХ — 8 (Pd), ось которой перпендикулярна к поверхности образца-излучателя (средний угол падения первичного пучка на пробу Р = 90 ) . .Угол отбора вторичного излучения Ч = 30, что обеспечивает регистрацию излучения, рассеянного на угол B = 120 . Высоковольтный источник питания обеспечивает напряжение на трубке до 70 кВ при токе 50 мА.

Излучение регистрируется спинтилляционным счетчиком CPC — 1 (разрешающая способность его равна 60 /р для излучения Cu K„, с использованием одноканального ААИ. Исследования проводились при двух режимах работы ААИ вЂ” интегральном и дифференциальном. Разрешение прибора около

0,0002 нм.

Анализируемую порошкообразную пробу засыпают в спектрометрическую кювету, облучают потоком рентгеновского излучения от рентгеновской трубки и измеряют интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного Pd „ излучения при размерах ширины приемной щели « = 1,0 мм; б.,= 3,0 мм, «б = 50 мм.

1087856

8,80

1,40

6,38

0,87

5,34

1,24

8,58

1,32

8,33

0,86

7,86

0,94

Аналогичную операцию проводят с внешним стандартом.

Обрабатывают полученные данные следующим образом: сначала рассчитывают относительно интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного излучения кк . N (LI) ! (Ll) = „к . H (! ) Дмк1ь.) затем для каждого значения ширины приемной щели находят отношение !")Li)/1""(Li), а значения величин д,„б и " - для выбранных 8 и Е рассчитывают решения уравнений вида Л (Й д я О !Хк() ъ 1хк(ь ) кг) (L>)

+ 1з 1нк( () Из таблицы видно, что погрешность определения вероятности некогерентного рассеяния Sr,á не превышает 1,40% и значительно меньше ошибки определения вероятности когерентного рассеяния е, достигающей 8,80%. Это указывает на преимуще=тво использования интенсивности некогерентнорассеянного излучения в качестве стандарта сравнения в РСА с применением прибора типа ФРС вЂ” 7. В приборах с иной геометрией блока облучения (другим углом рассения 8 ) величины S„y и Я сравнимы по величине. Окончательный выбор пика проКоэффициенты do dt d и дз в уравнениях (5) и (6) не зависят от химического

1О состава излучателя и определяются экспериментально методом наименьших квадратов на этапе калибровки с использованием искусственных препаратов.

Погрешность определения рассеивающей способности обусловлена расхождением действительных и найденных по формулам (5) и (6) значений д„ф/дКи характеризуется относительным стандартным отклоненнием S<0, значения которого для различных условйй эксперимента на приборе ФРС вЂ” 7 представлен ы в табл и це. изводится экспериментально в каждом конкретном случае анализа.

Предложенный способ определения величины рассеивающей способности исследуемых материалов, повышает точность определения рассеивающей способности многокомпонентных материалов широкопеременного состава по сравнению с известным в

5 — 10 раз, позволяет расширить круг продуктов широкопеременного состава, анализируемых способами РСА, использующих интенсивность рассеянного излучения в качестве стандарта сравнения.

1087856

g (Li впн.е

1ZO

1,0

О,9

Фиг.1 япн.

Фиг.2

1087856

//ю, иип/с

zo

12 л,ни

Фиг. 5

Составитель М. Викторов

Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 2648/39 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4