Способ многоэлементного рентгенорадиометрического анализа

 

Изобретение касается исследования химических и физических свойств веществ и позволяет учесть влияние абсорбционных свойств пробы при проведении многоэлементного рентгенорадиометрическогр анализа. Изготавливают набор подложек из различных элементов, из которого выбирают подложку из элемента с наибольшим значением энергии края поглощения, которое в то же время меньше энергии фотонов источника, возбуждающего пробу , и, поместив пробу меж/ХУ подложкой и источником, измеряют потоки характеристического излучения анализируемых элементов li элемента подложки . По результатам этих измерений выбирают из набора подложку из элемента , обеспечивающего минимум статистической погрешности измерений абсорбционных свойств пробы. По измерениям характеристического излучения этой подложки с пробой и без нее учитьшают абсорбционные свойства пробы . 2 табл. (Л ю rsD CD а О Сд

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Л0„„1229665

А1 (58 4 С 01 N 23/223

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /;.,"

H A BTQPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

h% : ."" p.

-Э (21) 3776558/24-25 (22) 31 07.84 (46) 07.05.86. Бюл. - 17 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт минерального сырья (72) С.Л. Якубович, С.М. Пржиялговский, Н.Г. Прохорова и Э.С. Блинов (53) 539.1.06(088.8) (56) Якубович С.Л., Зайцев Е.И., Пржиялговский С.И. Ядерно-физические методы анализа горных пород.

М.: Энергоиздат, 1982, с. 187-197.

Авторское свидетельство СССР

Р 448374, кл. С 01 И 23/22, 1973. (54) СПОСОБ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО РЕНТГЕНОРАДИОИЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА (57) Изобретение касается исследоваD ния химических и физических свойств веществ и позволяет учесть влияние абсорбционных свойств пробы при проведении многоэлементного рентгенорадиометрического анализа. Изготавливают набор подложек иэ различных элементов, из которого выбирают подложку из элемента с наибольшим значением энергии края поглощения, которое в то же время меньше энергии фотонов источника, возбуждающего пробу, и, поместив пробу между подложкой и источником, измеряют потоки характеристического излучения анализируемых элементов и элемента подложки, По результатам этих измерений выбирают из набора подложку из элемента, обеспечивающего минимум статистической погрешности измерений 9 абсорбционных свойств пробы. По измерениям характеристиче.кого излучения этой подложки с пробой и без нее учи- С тывают абсорбционные свойства пробы. 2 табл.

1229665

Р,пп

sin% зп ч:

1 ип1 (E

Отсюда (1„„, m) =2,22. (6) 1 I ипп ) (7)

s in

E 27 (— )

Еи

ИП1

1 ППП где и

/ ипр

J nnn

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, в частности к рентгенорадиометрическому способу анализа состава вещества, и может быть использовано при анализе состаьа веществ в геологии, металлургии, медицине, в исследованиях, связанных с охраной окружающей среды, и других областях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности при анализе проб сложного состава.

Сущность способа .заключается в следующем.

Приготавливают набор подложек из элементов с энергиями краев поглощения, меньшими энергии фотонов, ис пускаемых радионуклидным источником, измеряют поток ? характеристического рентгеновского излучения от элемента подложки с наибольшим значением энергии края погрешности и поток I, этого излучения от исследуемой пробы с этой подложкой. Относительное изменение потока характеристического излучения элемента подложки при измерении его от подложки и после прохождения исследуемой пробы зависит от поверхностной плотности m слоя пробы и приведенного массового коэффициента поглощения характеристического излучения элемента подложки в исследуеNOH IjPOGP ) ппр

I„/I„=exp(P.„„,. m) .. (1) р„„= — fn Т, lI, . (2)

Для рассматриваемой области энергий (<100 кэВ) справедливо соотношение энергия фотонов, испускаемых радионуклидным источником; энергия характеристического излучения элемента подложки с наибольшим значением края поглощения; массовые коэффициенты поглощения соответственно .первичного излучения и характеристического излучения подложки в исследуемой пробе.

Значение приведенного массового коэффициента поглощения характеристического излучения подложки „, зависит от „„и и„„и от значений геометрических углов падения

1О и отражения V первичного излучения на исследуемую пробу и выражается как

Из уравнений (2) — (4) определяют

Таким образом, по результатам измерения потока характеристического излучения элемента подложки от одной

2S подложки с наибольшим значением края поглощения (Х ) и от этой подложки и с пробой (Х,) определяют абсорбционные свойства исследуемой пробы относительно первичного излучения (Р„п1 ).

gg . Оптимальные условия проведения анализа обеспечивают выбором элемента подложки для постоянной поверхностной плотности слоя исследуемой пробы., при этом относительная погрешность, обусловленная статистическими флуктуациями измеряемых потоков фотонов от одной подложки и от подложки с пробой, минимальна. Эти условия соблюдаются при

Из уравнений (4) и (6) определяют (/" пп, ),„,, =З7.ПФ (2,22m

Для рассматриваемой области энергий (-100 кэВ) также сграведливо соотношение

2,7g и (— п) (8)

Ви где :и†энергия характеристического излучения оптимальной подложки.

Решая уравнение (8) относительно получаем

1229665 где C,—

Е„= е () . ппа (9) 10

К

20 и—

Z=2 5+10.

0,269. (12) 1(-t»,. /1»" »»Н (15) 14+ пн /1 »

5 где 1»

1 Н ал ! " н

В и1„!

»

4Р п »

E.—

IH

Р и

Р,н

/л

1" пн аи р„, 1п 55

Подставляя данные из выражений (7) и (5) в выражение (9), получаем

5 а,36

Sin »» „=- .- (»1О)

Значение эффективного атомного номера оптимальной подложки Z для элементов с атомными номерами 15-45 связано со значениями энергий характеристического,излучения K -линий этих элементов следующей зависимостью:

Е =0 f122+О 055Z+0,374 (11) Решая уравнение (11) .относительно Z получаем

Обозначив в выражении (12)

10Г0,909Е -0,269 =K получаем

7 = 25+К, (13) где К вЂ” коэффициент, учитывающий абсорбционные свойства исследуемой пробы, геометрические условия измерений и энергию фотонов, испускаемых радионуклидным источник8м.

Таким образом, из заранее приготовленного набора подложек производят выбор элемента "оптимальной" подложки по формуле (13) для каждой исследуемой пробы, исходя из заранее определенных абсорбционных свойств.

Далее проводят измерения исследуемой пробы с подложкой из выбранного материал- опред=-: яют потоки харак.-еристического излучения анализируемых элементов и элемента подложки и определяют концентрации анализируемых элементов с учетом массовьгх коэффициенто== поглощения характеристического излучения анализируемых элементов и подложки по формуле — < <3.ij г» Ь . »". j

«=К 3.

q-,„(- (Д 1 Г. 3. (З -,,C.j

1п» 2 J п!5»

l11,) концентрация анализируемого элемента; концентрация мешающего эле- мента, энергия К -края погло щения которого расположена между энергиями аналитической линии анализируемого элемента и первичного излучения радионуклидного источника; поток фотонов от одной выбранной подложки; поток фотонов от выбранной подложки с исследуемой пробой; коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии измерений и плотности потока возбуждающего излучения; коэффициент разбавления пробы; поправочный коэффициент, определяемый (теоретически) по формуле

1 — известные массовые коэффициенты поглощения соответственно характеристического излучения i-ro элемента,. элемента подложки и первичного излучения радионуклидного источника наполнителем исследуемой пробы;

< =sin+/sin+; — поправочный коэффициент, определяемый (теоретически) по формуле

+ ru . н ин

1, 5 г Ф где 1-;„, (16) массовые коэффициенты поЬ . глощения соответственно характеристического излучения

i-го элемента, элемента подложки и первичного излучения радионуклидного источника

j ì элементом.

1229665

1,44 О 2, 1п 194,44 — 0,5 138. Ср

1750/„ ь

С =0,00003 75,21

1-ехР 3 0,22,1,44 — 1г. 0,3 138 0«)1

1 1 50

С =0,00000182 50,01 — —

1 — ехр I -О 22 3 7i — En — 0,50,22 194,44 (512C +374Су +335CÄ +25Cг Я1

4 5 — Ы вЂ”, 0,5(644С +465C +416С +

С =090000217 3595

1-exp(-0,22(4,3. 1 -,, В формуле (16) берут эффективное значение массового коэффициента поглощения 4;; и, таким образом, учитывают эффект избирательного возбуждения.

Пример. Предложенным способом рентгенорадиометрического анализа определяют концентрации железа, меди, цинка и свинца в контрольной пробе 86ж с аттестсванными значениями концентраций анализируемых элементов

Для возбуждения и детектирования характеристического излучения анали. зируемых элементов и элемента подложки используют радионуклидный исЮ9 точник Cd активностью 10 мКи и

Si(Li)-детектор с энергетическим разрешением 300 эВ по энергии

5 9 кэВ. Геометрические углы падения первичного излучения и отбора вторичного излучения в применяемом блоке возбуждения и детектирования составляют 45 и 90 соответственно.

Измерения проводят на 1024-канальном анализаторе при времени наблюдения

400 с. Пробу 86ж истирают до 200 меш, смешивают с полистиролом в соотношении 1:1 (1 г пробы и i г полистирола) и прессуют в таблетку диаметром

34 мм. Поверхностная плотность пробы в этом случае 0,22 г/см -, а коэффициент разбавления 0,5, Предварительно приготавливают набор подложек из химически чистых соединений М00

Y О, РЬО, GeO, Zn0, МпО, ь Fe О,, смешанньгх с полистиролом в соотношении 2:1 (например, 0,5 г МоО, и

0„25 г полистирола), также в виде спрессованных таблеток диаметром

Измеряют поток характеристического излучения от подложки vs MoO (I23=

=1951 тыс. имп,) и поток того же излучения после прохождения им иссле10 дуемой пробы (I„=353 14 тыс. имп.) и определяют атомный номер Z вещества подложки, для которой статистические флуктуации измеряемых потоков фотонов от подложки и от пробы с подлож1,.кой минимальныь по формуле (12).

Получают Z=29.

По полученным данным выбирают подложку из химически чистого вещества, содержащего иттрий — Е=39.

Затем измеряют поток фотонов от подложки из Y O (I, =1750 тыс. имп.).

Помещают исследуемую пробу 86ж между радионуклидным источником и этой

25 подложкои, измеряют потоки фотонов аналитических линий анализируемых элементов (Х „ =75,21 тыс. имп.;

=50, 01 тыс. имп.; I,, =35,5 тыс. имп.;

Х =17,1 тыс. имп.) и элемента под3< -ложки (I =194,44 тыс.имп.) и определяют концентрации анализируемых элементов в пробе 86 ж с учетом коэффициентов пропорциональности, определенных теоретически (А „, В„;„ ) по изЗ5 вестным массовым коэффициентам поглощения и найденным экспериментально (K ) для данной измерительной установки (табл. 1):

1229665

+38Сс, ) (644Ср +465С „+416С „+38С, ) +1059c2 +

1 1750

С = 0,000043 1.7,1 °

1-ехР I -0,221,8,46 0 22 n 194 44 — 0,5(1318C „+

+952C, +717C ) 1059С +952С

Z = K + 2 5

Решая эту систему методом иттераций, получают: Ср„ =0,0298 (т.е.

2,98 ); С „=0,0202(т.е. 2,02X); С, =

=0,0201 (т.е. 2,01%); С =0,0260(т,е.

2,60 .) .

В табл. 2 представлены результаты анализа пробы 86ж с подложкой из

Y

Таким образом, предложенный способ анализа позволяет повысить точность количественных определений концентраций элементов за счет использования подложки из вещества, выбранного исходя из абсорбционных свойств исследуемой пробы.

Формул а и з о б р е т е н и я

Способ многоэлементного рентгенорадиометрического анализа, заключающийся в том, что приготавливают под— ложку из элемента с энергией края поглощения, меньшей энергии фотонов, испускаемых радионуклидным источником, помещают ее в зону облучения радионуклидным источником и измеряют поток характеристического излучения элемента подложки, помещают исследуемую пробу между подложкой и радионуклидным источником, измеряют. отоки характеристического излучения анализируемых элемеитов и элемента подложки и определяют содержание анализируемых элементов в исследуемой пробе с учетом значений массового коэффициента поглощения исследуемой пробой первичного излучения и излучения элемента подложки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьп ения точности при анализе проб сложного состава, предварительно приготавливают набор подложек из раз25 личнъгх элементов, проводят измерения с подложкой из элемента с наибольшим значением энергии края поглощения, по результатам этих измерений выбирают из набора подложку из элемента, обеспичивающего минимум статистической погрешности измерения абсорбционных свойств исследуемой пробы, по формуле

35 где Z — атомный номер элемента;

К вЂ” коэффициент, учитывающий абсорбционные свойства исследуемой пробы, геометричес40 кие условия измерений и энергию фотонов, испускаемых радионуклиднъм источником, и измеряют потоки характеристического излучения элемента этой подложки

45 без исследуемой пробы и с пробой.

1229665

Таб лица 1

К.

Определяемый вещающие элементы

Еп Си элемент

Pb Fe

335

416

1059

717

0,000043 B 46 1317

Таблица 2

Опреде- С,, % С, % С,-, % ляемый элемент

2,98

2,86

2,02

1387

Кп

1,83

2,00

2,01

2,60

2,59

2,61

Составитель И. Викторов

Техред В.Кадар

Редактор И. Николайчук

Корректор Г. Решетник

Заказ 2445/44

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0,00003 1,44 138

0,0000182 3,71 512 374

0,00002 17 4,50 644 465

3,00

2,00