Способ градуировки для рентгенорадиометрического анализа

 

Изобретение относится к области исследования вещества при воздействии ионизирующим излучением. Цель изобретения - повышение информативности анализа путем совмещения операций определения концентрации анализируемого элемента и плотности вещества. Градуировочные пробы с различными концентрациями определяемого элемента и плотностями, перекрывающими весь диапазон изменения состава вещества, облучают гамма-излучением источника. Измеряют потоки гамма-квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного на пробе первичного излучения. По результатам измерений строят два семейства градуировочных зависимостей измеренных потоков квантов от плотности вещества при фиксированных значениях концентрации анализируемого элемента. 4 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

/ (si>s G 01 N 23/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Eiiji (1,;:О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4715191/25 (22) 07.07.89 (46) 30,12,91. Бюл, ¹ 48 (71) Среднеазиатский научно-исследовательский и проектный институт цветной металлургии (72) Ю.С.Скрипников, Л,С.Пешикова, 0,Ю. Скрипников и В.Х.Те (53) 543.52 (088.8) (56) Гурвич Ю.М. и др. Применение метода множественной регрессии в рентгеноспектральном анализе, — В кн.: Аппаратура и методы рентгеновского анализа, вып.Xll, Л.:

Машиностроение, 1974, с,122-128, Авторское свидетельство СССР

N. 507809, кл. G 01 N 23/223, 1974, (54) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ДЛЯ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Изобретения относится к ядерной геофизике, в частности к рентгенорадиометрическим методам анализа веществ сложного химического состава, например различного рода пульп, зольных углей и т.п„состоящих из однокомпонентной мешающей фазы и двухкомпонентной исследуемой фазы, в которой и требуется определить содержание анализируемого элемента.

Известен способ градуировки для рентгеноспектрального анализа, включающий облучение градуировочных проб рентгеновским излучениеМ, измерение потоков квантов характеристического рентгеновского излучения анализируемого элемента и рассеянного излучения и определение уравнений связи. Сущность способа заключается в учете влияния плотности среды по интен„„!Ж„„1702268 А1 (57) Изобретение относится к области исследования вещества при воздействии ионизирующим излучением. Цель изобретения— повышение информативности анализа путем совмещения операций определения концентрации анализируемого элемента и плотности вещества. Градуировочные пробы с различными концентрациями определяемого элемента и плотностями, перекрывающими весь диапазон изменения состава вещества, облучают гамма-излучением источника. Измеряют потоки гамма-квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного на пробе первичного излучения, По результатам измерений строят два семейства градуировочных зависимостей измеренных потоков квантов от плотности вещества при фиксированных значениях концентрации анализируемого элемента. 4 ил, сивности рассеянного излучения с использованием уравнений множественной регрессии.

Недостатком данного способа является ограниченный диапазон измеряемых концентраций анализируемого. элемента, к тому же данный способ предусматривает только учет влияния вариаций содержания твердой фазы, а для непосредственного определения значений плотности среды требуются специальные измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ градуировки для рентгенорадиометрического анализа, включающий облучение градуировочных проб гамма-излучением источника, измерение потоков квантов характеристического рентгеновского излучения анализируемого элемента и

1702268

10 рассеянного излучения и построение: радуировочной зависимости отношения интенсивности характеристического излучения к интенсивности рассеянного излучения от концентрации анализируемого элемента.

Недостаток указанного способа заключается в ограниченном диапазоне измеряемых концентраций анализируемого элемента. поэтому он используется, как правило только для научных исследований и практически непригоден для массового экспрессного контроля сред с большими вариациями содержания твердой фазы и концентрации анализируемого элемента, а также требует дополнительных измерений плотности среды.

Цель изобретения — повышение информативности анализа путем совмещения операций определения концентрации анализируемого элемента и плотности вещества, Поставленная цель достигается тем, что в способе градуировки для рентгенорадиометрического анализа, включающем облучение градуировочных проб гамма-излучением источника, измерение потоков квантов характеристического рентгеновского излучения анализируемого элемента и рассеянчого излучения и построение градуировочной зависимости, измеряют потоки квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного на пробе первичного излучения на сериях градуировочных проб с различными концентрациями анализируемого элемента и плотностями, перекрывающими весь диапазон изменения состава вещества, по результатам измерений строят два семейства градуировочных зависимостей потоков квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного на пробе излучения от плотности вещества при фиксированных значениях концентрации анализируемого элемента.

На фиг.1 представлены графики градуировочных зависимостей при анализе пульflbl на вольфрам в выбранных ограниченных диапазонах измереямых параметров; на фиг.2 — схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.3 — аппаратурный спектр проб пульпы с различным содержанием анализируемого элемента первого детектора; на фиг.4 — то же, второго детектора.

Сущность способа заключается в одновременном определении двух параметров: плотности веществ- и концентрации анализируемого элемента, Предлагаемый способ не требует специальных измерений плотно20

55 сти, величина ее и влияние вариаций плотности на значение концентрации анализируемого элемента автоматически учитываются градуировочными зависимостями, построенными предварительно по градуировочным пробам, выбираемым таким образом, чтобы охватить весь диапазон возможных изменений плотности среды и концентрации анализируемого элемента, возникающих в ходе непрерывного технологического процесса, Градуировочные зависимости представлены в виде двух семейств аналитических графиков Йх = f)(c, p ) и Np = fz(c. 0 ), где Йх- поток квантов характеристического рентгеновского излучения анализируемого элемента; Ир — поток квантов суммарного прошедшего через пробу и когереитно рассеянного на пробе излучения; р — плотность вещества; с — концентрация анализируемого элемента.

Каждое семейство графиков строится по нескольким сериям градуировочных проб. Отдельные серии отличаются между собой значениями концентрации анализируемого элемента, т.е. каждая кривая в семействе строится по градуировочным пробам с одной и той же концентрацией анализируемого элем; нта и с разными значениями плотности (соотношения исследуемой и мешающей фаз).

Возьмем точку с координатами i. J на графике Nx = 11(с,р ).

Координата i соответствует определенной плотности о ь а координата j — определенной концентрации с1. Участок кривой между точками с координатами i, J и 1+1, J, апроксимируется прямой линией. То же делается для точек!, )+1 и!+1, J+1. Между этими апроксимирующими прямыми строится семейство и прямых с концентрациями, расположенными равномерно между cj и cj+1 с с+ — С интервалом . Это семейство пряи

MbIx апроксимирует зависимость потока квантов характеристического излучения от плотности для концентраций, расположенных в интервале cj и cj+j. Перебирая все i u

j, получаем семейство непрерывных ломаHblx линий, апроксимирующих зависимость 4(р ) во всем диапазоне возможных концентраций. Аналогично поступаем с графиком Np = fz(c,p), Способ осуществляют следующим образом.

У исследуемой пробы измеряют поток квантов йх характеристического излучения анализируемого элемента и поток квантов

Np суммарного прошедшего через пробу и

1702268

55 когерентно рассеянного на пробе гамма-излучения. причем время измерения задают постоянным потоком квантов характеристического излучения реперного элемента. С помощью первого семейства кривых Nx =

f1(c, p) для каждой ломаной линии с определенной концентрацией находят, при какой плотности р1 она принимает измеренное значение N . Аналогично с помощью втоРого семейства Np = 12(с, Р ) no измеРенномУ Np находЯтР2. Таким обРазом, ДлЯ различных концентраций получают наборы р1и р г, определенных по двум семействам градуировочных зависимостей, Из условия минимума значения i p 1 — p 2 !находят искомую концентрацию анализируемого элемента, а плотность вещества будет равна среднему междур1ирг. Путем увеличения количества апроксимирующих ломаных линий можно увеличить точность определения измеряемых параметров.

Второй метод определения параметров с и р из градуировочных зависимостей заключается в решении системы уравнений, апроксимирующих зависимости Nx = 11(с, p) и Np = f2(c, р). По параметру р достаточной является аппроксимация степенным рядом с квадратичным членом по Лрдля каждой концентрации с(. й„(с() = а (с()+ Q1 (c() Лр+ аг (с() Лрг;

Np(ci) = po(с()+ р1 (с() Лр+ pz(с() ЛР2, (1) здесь hp =р — pp, где р, — минимальная плотность. Параметр Лр изменяется в малых пределах (от 0 до 0,5) и это определяет достаточность аппроксимации (1), Для полУЧЕННЫХ ЗаВИСИМОСтЕй ао(C), Q1 (С), аг (С).

Ро (С), j31 (С),, Д (С) ПО ПаРаМЕтРУ С ДОСтатОЧной является аппроксимация степенным рядом четвертой степени по с: ао(С) = аоо+ ао1С + аогС + Qo3С +

2 3 а4с;

4, а1 (с) = а10+ а» с+ а1г с + а1з с + а14 с; г 3 4, аг (с) = аго+ Q21 с+ а22 с + Q23 с + а24 с;.

2 3 4, /3о (С) = pOO+ j301 C + p02 C + f03 C + p04 С;

Р1 (С) = $10+ (о» С + f12 С + $13 С +,614 С;

Рг (С) = $20 + Р21 С + )922 С + f23 С + P24 С . (2)

Определение коэффициентов сЦ и

P(J (30 коэффициентов) производится на

ЭВМ иэ градуировочных зависимостей и заносится в память микроЭВМ вычислительного блока.

Из (1) имеем а1.-4 аг(а,-и„>) "+((((-4 ф(д-И,)) — 0, (3) т.е. уравнение (3) не зависит от параметра

Определение параметра с производится из уравнения (3) с учетом (2) по алгоритму с использованием метода последовательных приближений. В дальнейшем по любой из зависимостей (1) с учетом коэффициентов (2) по найденному значению с определяем параметр р, Потоки гамма-квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного излучения зависят как от состава и плотности вещества, так и от активности источника излучения, С течением времени она падает и в результат измерения концентрации и плотности, определяемый по градуировочным зависимостям, снятым при другой активности ис точника, будет вноситься ошибка. Чтобы устранить влияние активности источника на результаты анализа, время измерения потоков квантов характеристического рентгеновского излучения анализируембго элемента и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного гамма-излучения исследуемой и градуировочных проб задают постоянным потоком квантов характеристического излучения реперного элемента. Величину потока выбирают такой, чтобы обеспечить заданную статистическую погрешность измерения. С течением времени, когда активность источника уменьшается, то же количество квантов характеристического излучения реперного элемента будет

I набираться за большее время и, следовательно, увеличится время измерения в выбранных энергетических диапазонах исследуемой пробы.

Пример . Предлагаемый способ рентгенорадиометрического анализа рассмотрим нэ примере определения вольфрама во флотационной пульпе с содержанием основных элементов 1ИО3 1.5, Мо 0,08, Bi

0,02% и содержанием твердого — 25-50 .

Измерения могут проводиться как непосредственно на пульпопроводе при малых потоках пульпы, так и на отводах от пульпопровода при больших потоках. В пульпопровод или отвод врезается проточная измерительная кювета 1 из материала, слабо поглощающего излучения в области энергий, превышающих К-линию анализируемых элеметов, и слабо подвергающегося износу при прохождении пульпы, например фторопласта.

Измерения проводят с источником Со и двумя сциHòèëëÿöèонными детекторами

NaI(Ti), устанавливаемыми в плоскости, перпендикулярной потоку пульпы, Источник 2 излучения в контейнере коллиматора устанавливают на одной оси с первым тектором 3, регистрирующим суммарное прошедшее через пробу и когерентно рэс1702268

55 сеянное излучение, Второй детектор 4 располагается под углом 0 к источнику излучения близким к 900, точная величина которого определяется экспериментально при настройке прибора, исходя из наилучшего разрешения пиков характеристического излучения анализируемых элементов, особенно в области малых концентраций (порядка долей процента) и малых значений, плотности пульпы, После настройки детек;торы и источник излучения закрепляются жестко и положение их не меняется при градуировке и работе устройства. Между ис, точником излучения и вторым детектором устанавливают реперный элемент 5, напри мер слово.

Из аппаратурных спектров видно, что самый высокоэнергетический пик в спЕктре первого детектора (фиг.3), связанный с фотонами, рассеянными в среде под углом

180о к источнику излуче-

;ния, лежит в диапазоне энергии источника (120 кЭв), второй пик в спектре второго детектора (фиг.4) — это характеристическое излучение Ка — линии вольфрама. Интенсивности обоих пиков зависят как от концентрации вольфрама, так и от плотности пульпы (градуировочные зависимости на фиг,1). Первый пик на фиг.4 — зто характеристическое излучение реперного элемента (слово). Интенсивность этого пика не зависит от состава и плотности исследуемой пульпы и определяется массой реперного элемента и его геометрическим положением.

Третий высокоэнергетический пик де тектора возникает вследствие некогерент, ного рассеивания (М,) и не используется в измерениях. Это связано с возникновением неопределенности в определении параметров с и р при концентрациях вольфрама порядка 2,5% (в этом случае в диапазоне плотностей 1,3-1,6 г/см для третьего пика з - = О). ор

В энергетическом спектре выделяются три энергетических диапазона — суммарное прошедшее через пробу и когерентно рассеянное излучение на 1 датчике, характеристические линии вольфрама и реперного элемента на 2 датчике, соответствующие трем каналам многоканального спектрометра, Области регистрации характеристического рентгеновского и рассеянного излучения соответствуют максимумам их амплитудного распределения в аппаратурных с ектрах, При градуировке прибора берутся гра- дуировочные пробы с различными концент5

50 рациями и различными плотностями. Для каждого образца ведется подсчет количества импульсов в первом и втором выбранных энергетических диапазонах, время измерения задается постоянным потоком квантов характеристического излучения реперного элемента. В результате градуировки получаем наборы данных количества импульсов в

1 и 2 каналах для различных плотностей и концентраций пульпы. Эти наборы в виде двумерных массивов записываются в память блока 6 управления на основе ЭВМ, Измерения на пробах пульпы проводятся подсчетом количества импульсов в 1 и 2 каналах спектрометра до тех пор, пока количество импульсов в 3 канале от реперного элемента не достигнет заданной величины, например 0,75 10 импульсов. Измеренные

6 величины, например N> = 0,89 10 импуль6 сов и йр = 1,675 -10 импульсов вводятся в

ЭВМ, где по о исан ному алгоритму определяется плотность p = 1,3 г/см и концентрация вольфрама С = 1,7%.

Предлагаемый способ позволяет проводить анализ одновременно нескольких элементов, которые имеют хорошо разрешимые в спектрах пики характеристического излучения, наг ример Мо — W, W—

Си идр.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в обеспечении возможности определять как концентрацию полезного компонента непосредственно по взвешенной твердой фракции среды при произвольных.колебаниях ее относительного весового содержания, так и плотность среды без дополнительной аппаратуры в той же кювете, что приводит к повышению эффективности управления непрерывным технологическим процессом, например флотации минералов.

Формула изобретения

Способ градуировки для рентгенорадиометрического анализа, включающий облучение градуировочных проб гамма-излучением источника, регистрацию потоков квантов характеристического излучения анализируемого элемента и рассеянного излучения и построение градуировочной зависимости, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности анализа путем совмещения операций определения концентрации анализируемого элемента и плотности вещества, измеряют потоки квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного на пробе первичного излучения на сериях градуировочных проб с различными концентрациями

1702268

3,0%

Ф У фР анализируемого элемента и плотностями, перекрывающими весь диапазон изменения состава вещества, по результатам измерений строят два семейства градуировочных зависимостей потоков

0, !

PE оаЯ квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассеянного на пробе излучения от плотности вещества при фиксированных значениях

5 концентрации анализируемого элемента.

1702268

Э о 7

f00

Фи8. 7

ЯО

Составитель M. Корчминская

Редактор Ю.Середа Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Шевкун

Заказ 4538, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101