Н.Ф. Лосев, А.Н. Смагунова - Основы рентеноспектрального флуоресцентного анализа, страница 7

щения аналитической линии элементов А, В, С; 5 . 5 , 8 — скачки погло- А в ч' з' ч щения элементами А, В, С; см сз, сс — концентрации в пробе элементов А, В, С; аз, Х!, л! — длины волны аналитической линии элементов А, В, С; Мх и р — линейные коэффициенты поглощения излучения с длинами волн Х и г-линии в материале окна рентгеновской трубки; г( — толщина бериллиевого окна рентгеновской трубки. Функция а(Х) является поправкой к выраженвю для спектральной интенсивности Крамерса, которая учитывает обратное рассеяные электронов и поглощение излучения в аноде: и (з) а уь'зма'и (1.35) где р — напряжение на рентгеновской трубке; а', Ь', с', й' — эмпирические параметры, которые протабулированы для рентгеновских трубок с Р1, йй, Сн, Сг-анодами для напряжений от 10 до ЗО кВ [19). Приведенные формулы (1.Зб) — (1.35) показывают, насколько сложный вид имеет выражение для расчета интенсивности флуоресценции в реальных условиях анализа.

Расчет интенсивности с его помощью можно осуществить только прн наличии ЭВМ с достаточно большой памятью. Поэтому нередко интенсивность линий вторичного спектра оценивают по формуле, полученной для случая возбуждения монохроматическим излучением, пользуясь понятием эффективной длины волны Х,ф, Появление характеристической составляющей в возбуждающем излучении снижает вариации значений эффективной длины волны А,ф с изменением химического состава излучающего материала. Возбуждение флуоресценции смешанным излучением, особенно когда длины волн интенсивных линий первичного характеристического спектра расположены близко к длине волны края поглощения определяемого элемента, происходит более эффективно, чем только тормозным спектром. Однако в универсальных спектрометрах, когда приходится на одном приборе анализировать ряд элементов, для возбуждения их аналитических линий удобнее использовать рентгеновские трубки с анодами из металлов с большим порядковым номером: т'Ж, гзре, тзАп, таР1.

Такие рентгеновские трубки дают интенсивный тормозной спектр, что позволяет эффективно использовать их для возбуждения вторичных спектров в широком диапазоне волн. Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКаа ЗЛ. ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ АППАРАТА ЛЛВ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА В аппарате для рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (рис.

6) необходим источник первичного излучения, возбуждающего вторичный рентгеновский спектр. Чаше всего для этих целей используют рентгеновскую трубку. Чтобы генерировать рентгеновское излучение, нужен высоковольтный источник питания и питание для нити накала рентгеновской трубки.

Первичный пучок рентгеновского излучения падает на образец и возбуждает в нем флуоресцентное излучение. Флуоресцентное излучение вначале следует разложить в спектр, а затем его зарегистрировать. Для разложения рентгеновского излучения в спектр чаще всего используют кристаллы (кристаллы-анализаторы), а для регистрации — различного типа детекторы рентгеновского излучения.

Если амплитуда сигнала, снятого с детектора, зависит от энергии зарегистрированного кванта, в аппаратах для этого случая предусмотрено дискриминирующее устройство, которое Рнс. 6. Блок-схема рентгеноспектрального флуоресцентного аппарата. в той или иной степени способно дополнительно разложить из. меренное излучение по энергиям. Если в аппаратах используют кристаллы-анализаторы, дискриминатор, кроме того, снижает интенсивности фона и излучения более высоких порядков отра жения кристалла.

Далее вычисленный сигнал регистрируетсг пересчетным устройством. 31 2.2. РЕНТГЕНОВСКИЕ ТРУБКИ ' Рентгеновская трубка представляет собой баллон, внутри которого создан вакуум 10 т — 10-4 Па. В баллоне находится массивная металлическая мишень (анод) и вольфрамовая или плати~новая спираль (катод); возбуждающие рентгеновское излучение электроны испускаются накаленной спиралью, для на- Таблица 1.

Характеристика рентгеновских трубок (р. тр.) для спеку Бхв.б Бхв-б Бхв-т БХБ 9 Оеннаные параметРы 1,0 %, Мо, Сц 0,5 Сц, Сг, Рб, Ап, ке 50 0,5 Сц, Рб, це Толщина окна, мм Материал анода 0,3 Сг, Рб 50 70 Напряжение на р. тр., кВ Сила тока в р. тр., мА Мощность, кВт Напряжение накала, В Ток накала, А ! арантийиый срок работы, ч 25 100 !00 5, 3,5 6,8 6,0 500 100 5, 3,5 7,0 6,0 500 100 2,5 6,8 6,0 700 15 5,6 300 кала ее подается небольшое напряжение. Между анодом и катодом создается разность потенциалов, которая ускоряет элек- е ааетальиое описание конструкций рентгеновских трубок, теориго ик расчета и условий эксплуатации можно найти в книге Хараджа Ф, Н. Общий курс рентгенотехники. М., Госэнсргоиэдат, 1956, 32 Некоторые современные аппараты для рентгеноспектрального анализа снабжены вычислительными машинами.

При этом используют либо специализированный встроенный в спектрометр мини-компьютер, либо серийную вычислительную машину с соответствующими параметрами. При таком сочетании решают обычно следующие задачи: контроль инструментальных параметров спектрометра, перевод интенсивности в концентра. цию и в некоторых случаях управление ходом технологических процессов. По мнению специалистов, полный контроль работы спектрометра может быть осуществлен с помощью сравнительно небольшой ЭВМ с емкостью памяти около 2000 слов. Сложные поправки на взаимное влияние элементов можно внести, если применить ЭВМ, имеющую память около 5000 слов 120].

Требования к памяти ЭВМ существенно возрастают, если аппарат используют в производственных условиях, т. е. когда с помощью одной рентгеноспектральной установки определяют группу элементов в нескольких продуктах. раненого анализа вх-з вх.г ахвчз вхв-!2 0,5 Ре, Сге, Сн, Мо, Аи 50 0,2 Т1, Ан, Ао 0,3 Сн, Се, Мо 0,2 Сг, Рд 0,3 Сг, Рд 25 1О 25 5О 0,0050 О,ОООО5 1,'5 3,20 800' 0,010 0,0005 1,45 3,25 500' 0,004 О',000! 2,5 2,20 зоо шо 1,75 6,8 6,0 500 100 2,5 6,8 6,О Заго основные сведения о выпускаемых отечественных трубках. Рентгеновские трубки типа БХВ-7 и БХВ-8 предназначены для коротковолновых рентгеноспектральных аппаратов, рентгеновские трубки типа БХВ-9 и БХВ-13 — для длинноволновых. Рентгеновскую трубку БХВ-12 рекомендуется устанавливать на всеволновые спектрометры.

2 зак. ез 33 троны. Быстро движущиеся электроны, попадвя на анод, возбуждают рентгеновское излучение, которое выходит из рентгеновской трубки через специальное окно. Окна обычно изготавливают из бериллия, толщина которого изменяется в пределах 0,1 — 0,8 мм. Для реитгеноспектрального анализа при выборе рентгеновской трубки необходимо учитывать материал анода, ее мощность Р (максимальное напряжение У„,„, и сила тока 1„.„, которые она может выдержать) и толщину окна гг'.

При анализе в коротковолновой области рентгеновского спектра наиболее важным параметром является мощность рентгеновской трубки; в длииноволновой области (определение элементов с атомным номером 2 ~ 16) наиболее важной характеристикой является толщина окна рентгеновской трубки, которое в этом случае должно быть по возможности тонким. Чтобы создать рентгеновские трубки с очень тонким окном (0,1 мм), катод заземляют.

Такая схема подключения питания предохраняет окно от прогорания, так как возвращает часть рассеянных электронов к аноду, что позволяет дополнительно повысить интенсивность первичного излучения. Для возбуждения флуоресценции в аппаратах, использующих кристаллы для разложения рентгеновского излучения в спектр, отечественная промышленность выпускает рентгеновские трубки типа БХВ.

На бескристальных спектрометрах устанавливают рентгеновские трубки типа БХ. В табл. 1 приведены Е.З„РАЗЛОЖЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СПЕКТР Для разложения рентгеновского излучения в спектр применяют либо дифракцию на монокристаллах, псевдокристаллах или дифракционных решетках, либо бездифракционные способы, основанные на свойствах пропорциональных детекторов (см. равд. 2.2) . Использование дифракции на кристаллах или псевдокристаллах основано на законе Брэгга — Вульфа лл=2о'Мпв (2.1) где л = 1, 2, 3, ...— целое число, называемое порядком отражения; а — длина волны; а — межплоскостное расстояние, т. е. расстояние между двумя соседними параллельными атомными плоскостями кристаллической рещетки; 0 — угол Брзгга между падающим излучением и атомными плоскостями, используемыми для получения дифракцни. Из закона Брэгга — Вульфа следует, что в одном порядке отражения каждой длине волны соответствует определенный угол О, с возрастанием г.

растет и 9. Это позволяет ~разделить излучения разных длин волн по разным направлениям распространения после дифр акции на монокристалле. Регистрируя поочередно эти излучения, получают рентгеновский спектр. Для каждого угла О правая часть равенства (2.1) имеет определенное (для данного кристалла) значение. Отсюда следует, что при возрастании порядка отражения п длина волны убывает.

Наибольшая л может быть получена в первом порядке отражения. Из изложенного видно, что при определенном значении п можно регистрировать спектр только до длин волн Х я 2г(, поскольку 3!п О (1. Поэтому для каждого кристалла и выбранных атомных плоскостей, обозначаемых своими кристаллографическими индексами (Йй() или (йй1), важно знать величину 2д. Каждый рентгеновский спектрометр предназначен для работы в определенной области углов О от некоторого минималь- НОГО О„, ДО НЕКОТОРОГО МаКСИМаЛЬНОГО Омакс.