Способ рентгенорадиометрического определения концентрации элемента в веществе

 

Изобретение относится к физическим методам анализа состава вещества, в частности к рентгенофлуоресцентному и может быть использовано при определении концентрации элементов в жидких , порошковых и твердьгх пробах. Целью изобретения является повьш1ение точности определения. Способ рентгенорадиометрического определения концентрации элемента в веществе, содержащем только мешаюш 1е элементы, фотопик характеристического рентгеновского излучения которых энергетически разрешен с фотопиком аналитической линии характеристического.излучения определяемого элемента и пиком рассеянного излучения, заключается в облучении насьш;енной пробы анализируемого вещества гаммаили рентгеновским излучением источника, регистрации характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента, облучении мишени из материала, атомный номер которого много меньше атомного номера определяемого элемента, и определяемого элемента, добавленного в количестве , обеспечивающем равенство скоростей счета характеристического излучения определяемого элемента и рассеянного излучения, просвечивании вторичным излучением от мишени поглотителя из анализируемого вещества заданной поверхностной плотности и регистрации суммы частей q и q интенсивностей характеристического и рассеянного излучений соответственно после прохождения этими излучениями поглотителя, причем части q, и q определяют на основании результатов измерений эталонных проб, с одинаковой концентрацией определяемого элемента .и различными-мешающего, и вычислении концентрации определяемого элемента по значению отношения зарегистрированных скоростей счета от пробы и от мишени после прохождения поглотителя ., 3 ил., 2 табл. (Л to 00 1C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 G 01 N 23/ 223 ф\

И" Е0|И1 л

ПНЫТп :Б!1Б ::1О .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 41103 74/23-25 (22) 29,08.86 (46) 30. 11.88. Бкп. В 44 (71) Чирчикский филиал Всесоюзного научно-исследовательского н проектного института тугоплавких металлов и твердых сплавов (72) А.Ч.Ким, Э.Д.Фариков, С.A.Áèáèíoâ и Л.К.Эшнер (53) 539.1.06(088.8) (56) Боченин В.И. Экспрессный рентгенорадиометрический способ флуоресцентного анализа с учетом поглощения характеристического излучения. — В сб.:

Аппаратура и методы рентгеновского анализа, Вып. 28, Л.: Машиностроение, 1982, с. 28-31.

Авторское свидетельство СССР

У 1040389, кл, С 01 N 23/223, 1982. (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТА В

ВЕЩЕСТВЕ (57) Изобретение относится к физическим методам анализа состава вещества, в частности к рентгенофлуоресцентному и может быть использовано при определении концентрации элементов в жидких, порошковых и твердых пробах, Целью изобретения является повьнпение точности определения. Способ рентгенорадиометрического определения концентрации элемента в веществе, содержащем только мешающие элементы, фотопик характеристического рентгеновского

„„SU„„441282 А 1 излучения которых энергетически разрешен с фотопиком аналитической линии характеристического, излучения определяемого элемента и пиком рассеянного излучения, заключается в облучении

Ъ насьпценной пробы анализируемого вещества гамма- или рентгеновским излучением источника, регистрации характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента, облучении мишени из материала, атомный номер которого много меньше атомного номера определяемого элемента, и определяемого элемента, добавленного в количестве, обеспечивающем равенство скоростей счета характеристического ж излучения определяемого элемента и рассеянного излучения, просвечивании вторичным излучением от мишени погло- С тителя из анализируемого вещества заданной поверхностной плотности и ре- ф гистрации суммы частей q u q интенЯ сивностей характеристического и рассеянного излучений соответственно пос-W ле прохождения этими излучениями по- 4Ь

1 глотителя, причем части q, и q оп- 9и ределяют на основании результатов из- фф мерений эталонных проб. с одинаковой (ф концентрацией определяемого элемента ф .и различными-мешающего, и вычислении концентрации определяемого элемента по значению отношения зарегистрированных скоростей счета от пробы и от мишени после прохождения поглоти- фф теля. 3 ил., 2 табл.

1441282

Изобретение относится к физическим методам анализа состава вещества, в частности к рентгенофлуоресцентному методу, и может быть использовано при определении концентрации элемен5 тов в жидких, порошковых и твердых пробах.

Целью изобретения является повышение точности определения за счет более полной компенсации влияния изменений состава наполнителя, особенно прИ больших концентрациях определяемого элемента в анализируемом веществе.

На фиг. ? приведен спектр вторичного излучения источника селен-75 от отражателя, содержащего вольфрам (Х— скорость счета импульсов, обусловленных излучением с энергией Е); на фиг.

2 — зависимость аналитического пара 2р метра от концентрации трехокиси вольфрама в анализируемом веществе, на фиг. 3 — зависимости аналитических параметров в способе-прототипе и в предложенном способе от концентрации 25 вольфрама в анализируемом веществе.

Повьппение точности в предложенном способе достигается за счет использования излучения мишени, выполненной из материала с атомным номером, много3ц меньшим атомного номера определяемого элемента, в который добавлен определяемый элемент в количестве, обеспечивающем равенство скоростей счета

его характеристического излучения и рассеянного излучения. Просвечивание этим излучением поглотителя из анализируемого вещества заданной. поверхностной плотности позволяет более

ПОЛНО учесть ВЛИЯНИе матричНОгО Эф 4р фекта на результаты анализа.

Спектр излучения мишени содержит линии определяемого элемента и рассеянного излучения, характеризующиеся примерно одинаковыми скоростями счета, и поэтому можно изменением уровней дискриминации и ширины окна спектрометра выбрать спектральную область регистрации суммарного потока, в которой обеспечивается оптимальное соотношение между полями характеристического излучения определяемого элемента и рассеянного мишенью первичного излучения источника. Такой выбор является необходимым и достаточным условием для более полного учета матричного эффекта.

Толщину пробы анализируемого вещества и мишени берут превышающими слой насьпцения для рассеянного излучения, а поверхностную плотность поглотителя — соответствующей шестивосьмикратному ослаблению суммарного потока.

Спектральную область, на которую настраивают спектрометр при регистрации скорости счета излучения мишени, выбирают экспериментально при разработке конкретных методик анализа. Например, изменением положения и ширины спектральной области при регистрации излучения, прошедшего через поглотитель, находят такие условия, при которых соблюдается равенство аналитических параметров от проб с одинаковым содержанием определяемого элемента, но различным вещественным составом наполнителя и т.д.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Пробу анализируемого вещества в количестве, достаточном для обеспечения насьпценного слоя для рассеянного первичного излучения, а следовательно, и для характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента, запрессовывают в измерительную обойму.

Поглотитель изготавливают.аналогичным образом, но в отличие от пробы берут определенную навеску анализируемого вещества в зависимости от его поверхностной плотности.

2. Пробу устанавливают на пути первичного излучения источника излучения и регистрируют интенсивность юр

I характеристического излучения ъар определяемого элемента в канале аналитической линии спектрометра в виде импульсов, набираемых за время экспозиции

3. Вместо пробы устанавливают мишень толщины, насьпценной для рассеянного первичного излучения, а между ней и детектором излучения располагают поглотитель из анализируемого вещества заданной поверхностной плотности так, чтобы детектор регистрировал излучение мишени, прошедшее пг через этот поглотитель (I ).

Спектральную область, в которой регистрируют излучение мишени, выбирают экспериментально, измеряя спектры излучения мишени, прошедшего через эталонные поглотители с одинаковой концентрацией определяемого элемента и различными концентрациями

Ф о р м ул а и э о б р е т е н и я

Способ р ентг енорадиометрич ес ког о определения концентрации элемента в з 14412 мешающего элемента, а также интенсив т ность 1„с,р характеристического излучения определяемого эл -мента от таких же эталонных проб. Располагают спектральную область регистрации из5лучения отражателя так, чтобы она

I частично захватывала фотопик характеристического излучения определяемого элемента и частично рассеянного излу- 10 чения, подсчитывают скорости счета

Ът

I (или числа импульсов) в этой об т

ТхаР ласти и берут отношение /7

" Р 15 (аналитический параметр) для каждого эталона и сравнивают результаты.

Изменяя положение и ширину энергетического интервала, находят такое

его положение и ширину, при которой

20 значения равны для всех эталонов.

4. Вычисляют величину отношения

Т„ /I измеренных чисел имир . пр пульсов и по градуировочной зависимости находят концентрацию определяемого элемента в анализируемом веществе.

Пример. Предложенным способом и способом-прототипом анализировались пробы смеси вольфрама и молибдена приготовленные на основе цемента, причем определяемым элементом является вольфрам, мешающим — молибден.

Измерения проводили с помощью спектрометра РПС4-01 со сцинтилляционным детектором излучения. Использованы радиоизотоп селен-75, а в качестве мишени — искусственная смесь на основе цемента с концентрацией

W0, равной б мас.Х, Поверхностная плотность поглотителя составляла

1,2 г/см, время экспозиции 20 с.

Результаты измерений проб с содержанием трехокиси вольфрама до 25% приведены в табл. 1.

На фиг. 1 показаны энергетический

45 спектр излучения, идущего от мишени где I — скорость счета, и оптимальная спектральная область„при которой происходит наиболее полный учет матричного эффекта, а на фиг. 2—

50 зависимость аналитического параметра

I Р /I Р от концентрации опредеп х р ляемого элемента в пробе, где 0 пробы, в которых молибден отсутствует и O — пробы содержащие в

1 Ф

55 своем составе соответственно 7,5 и

15 мас.% молибдена.

Из полученных экспериментальных данных видно, что общая максимальная погрешность определения н диапазоне

8-25% составляет 2,5-2 отн.Х, в то время как при анализе тех же проб способом-прототипом общая максимальная погрешность составляла 5 отн,Х.

Выбор положения и ширины спектральной области, в которой регистрируется излучение мишени, определяет какую долю q в суммарном регистрируемом излучении составляет характеристическое излучение определяемого элемента и какую долю q — рассеян2 ное. Существенность выбора спектральI ной области видна из сопоставления результатов, приведенных в таблице, для неоптимальных (с точки зрения компенсации влияния концентрации молибдена) областей 54-94 кэВ и 78118 кэВ и оптимальной — 66-106 кэВ.

При выборе спектральной области

54-94 кэВ пробы, содержащие молибден, дают заниженные значения концентрации определяемого элемента, по сравнению с пробами, не содержащими молибден, в то время как при спектральной области 78-!18 кэВ эти же пробы дают завышенное значение концентрации определяемого элемента.

Измерения проб с концентрациями вольфрама 25-40 мас,Х осуществляют при времени экспозиции 60 с; мишень содержит 8 мас.Х вольфрама. Оптимальная спектральная область 60-95 кэВ.

Результаты измерения представлены в табл. 2 и на фиг. 3, где заштрихованная область демонстрирует погрешность измерения, вызванную наличием в пробе 4 мас.Х молибдена (Π— пробы, в которых молибден отсутствует, е пробы с концентрацией 4Х молибдена).

Таким образом, использование для просвечивания поглотителя из анализируемого вещества излучения от стабильной по составу мишени, состоящей из легкого материала и определяемого элемента в количестве, обеспечивающем равенство скорос.тей счета его характеристического излучения и рассеянного излучения, дает возможность в несколько раз снизить погрешность измерения концентрации определяемого элемента, обусловленную неконтролируемым изменением концентрации мешающего элемента.!

44 !282

Таблица нр н заданной спектрально бластн (тьвс .нв>п.) прн .>4-94 66-!06 78-118 эВ кэВ . кэВ

>р

Х вв> тыс

Концентрацннв

54-94

252 331 277

237 308 264

2!4 27! 243

ЭЭ4 298 242

312 260 22!

219

2!2

0,88!60,005 1,054КО>007

0 79O>0в!!04

203

185!

170

417 234,194

383 197 173

2 ° 15+0, Î1 в

2>73+0>02

2>6910>02

153

1,7810,0t

t>95iO>01 2>2tiO>0t

142

2>S4i0,О2.

2>!4 0>О! 2,2220>01

129

Таблица 2 нцентрация>иас.X

>р l>>p (т нмп,) Предлоненный способ

"p

1 т.иип.) Основа

Проба! звестный способ в>Р ввр рр

Ig . Х„о7/ Х (т. иип.) 4p >>р

I g>>p 7 IK

0,464

717 0,487 752

0,507

0,558

0,460

0,509

0,555

370 693 О, 534 730

672 0,588

708

Цемент

704 О, 483 739

688 0,519 701

340

375 678 0,553 676 веществе, содержащем мешающие эле менты, фотопики характеристического рентгеновского излучения которых энергетически разрешены с фотопиком

5 аналитической линии характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и пиком рассеянного излучения, заключающийся в облуче-. нии насыщенной пробы анализируемого !О вещества гамма- или рентгеновским излучением источника, регистрации характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента, облучении мишени, содержащей определяемый элемент, просвечивании вторичным излучением мишени поглотителя из анализируемого вещества заданной поверхностной плотности и регистрации суммы частей q и интенсивностей характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и рассеянного излучения после прохождения ими поглотителя, причем части

15 0 284 227 203

Ч„и q z определяют на основании результатов измерений эталонных проб с одинаковой концентрацией определяемого элемента и различными концентрациями мешающих элементов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения, используют мишень из материала с эффективным атомным номером, много меньшим атомного номера определяемого элемента, в который добавляют оггределяемый элемент в количестве, обеспечивающем равенство скоростей счета характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и рассеянного излучения, и о концентратами определяемого элемента судят по значению отношения скорости счета характеристического излучения определяемого элемента от анализируемой пробы к суммарной скорости счета излучения мишени, прошедшего через поглотитель.

>t н заданной спектральной области при кэВ

66-106 78-119

0,76!+0>004 О;91020>005 1,15140>007

0в 770i0в0О4 Оэ898+0>005 1 > t 1840>007

1>!21йОэ007 !>38020;008 1>80+Oв01! в200>0 ° 007 1>4!2эО>008 1 ° 74+0>01

1,251>0,007 1>39920 ° 008 1,6710>01

1441282

f00 140 фиг. f

5 10 15 20 25 30

УК8. 2

1 441 282

Составитель М,Викторов

Редактор Т.Лазоренко Техред A. Кравчук Корректор М. Шар оши

Заказ 6281/47 Тираж 847 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

11роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4