Том 1 (1109661), страница 35
Текст из файла (страница 35)
3.41). Напряжение между катодом и анодом составляет 60 — 80 кВ, сила тока -- около 70мА. Электроны, вылетающие из катода и ускоряющиеся под действием приложенного напряжения, бомбардируют анод. В результате соударения кинетическая энергия электронов переходит главным образом в тепло, поэтому анод необходимо непрерывно охлаждать. Однако порядка 1% энергии переходит в излучение. Излучение исходит из трубки через окошко, сделанное из материала, не взаимодействующего с рентгеновскими лучами, например, бериллия. окошко анод Рис. 3.41.
Устройство рентгеновской трубки. Спектр излучения рентгеновской трубки лежит в достаточно широком интервале длин волн. В его состав входит тормозное излучение, которое возникает в результате торможения электронов и представляет собой непрерывное распределение по энергиям, Наи- максимум при значении интенсивности 55 меньшая длина волны тормозного излучения связана с напряжением 1У, приложенным к трубке, согласно уравнению Дюана — Хант: й 12 (3.43) 4 Ьс 12,398 то1о кс Она не зависит от материала анода. Другая составная часть спек- о о 2 0,4 0,6 0,8 длина волны Э., А 1,0 тра рентгеновской трубки ---характеристическое излучение маРис.
3.43. Распределение излучения териала анода (рис. 3.42). Кго рентгеновской трубки с молибденодлина волны не зависит от прило- вмм анодом по длинам волн. женного напряжения и определяется только энергиями связей электронов и, следовательно, природой материала анода. Связь между длиной волны характеристического излучения и атомным номером элемента описывается законом 'д1214 Г д. ос д ю с* д Мозли. Согласно этому закону, корень квадратный из обратной длины волны излучения пропорционален атомному номеру У. С учетом поправки на экранирование о закон Мозли можно записать в виде (3.44) Коэффициент пропорциональности К имеет свое значение для каждой линии определенной серии (рис.3.43).
Определить в пробе элемент, из которого состоит анод, невозможно, поскольку излучение этого элемента присутствует в спектре рентгеновской трубки изначально. 1!Ж о О гО 4О ВО ВО ~ОО порядковый номер Рис. 3.43. Связь между обратной длиной волны Л (в А) рентгеновского излучения и порядковым номером элемента для отдельных линий К- и Ь-серий в соответствии с законом Мозли.
Другим источником излучения могут служить радиоактивные изотопы такие, как Ре55, Агпко' или Сй'он. Эти источники особенно удобны для создания портативных РФА-спектрометров. Кристалл-анализатор Разложение полихроматического рентгеновского излучения осуществляется по принципу интерференции при помощи кристалла, определенным образом ориентированного относительно кристаллографических осей, например, ЫР(420). На рис.3.44 схематически изображено строение кристалла-анализатора. Усиление излучения вследствие интерференции происходит тогда, когда разность хода лучей равна целому числу п длин волн Л.
Связь этих величин с углом У.д. И д .д ..* р..,., Ьф между лучом и плоскостью кристалла О, а также межплоскостным расстоянием в кристалле (постоянной решетки) Н описывает закон Брэгга, открытый в 1912 г.: гдЛ = 2дв1пО. (3.45) Положение кристалла, соответствующее необходимому углу, устанавливают при помощи вращающегося столика (гоииометира). В отличие от оптической спектроскопии, в рентгеновской всегда одновременно регистриб ру у . д д щью кристалла зарегистрироРис.
3.44. Интерференция лучей на вать весь спектр, необхолимо кристалле-анализаторе с меукплоскостным расстоянием дд' при угле падения лу- одновременно с кристаллом ночей й. ворачивать и детектор, вращая его со скоростью, вдвое большей, чем кристалл (см. рис. 3.40). В рентгенофлуоресцентном анализе необходимо покрыть всю область длин волн от 0,2 до 20А. На практике угол О не может превышать 75'. Согласно уравнению Брэгга (3.45), для такого угла пЛ = 2у1 О, 96. Если подставить в это соотношение Л = 20 А, то получится, что величина 2у1 должна составлять 21 А. Эта величина слишком большая. Разрешение в этом случае оказалось бы неудовлетворительным. Напомним, что чем меньше постоянная решетки ср, тем выше ее разрешающая способность.
Для обеспечения высокого разрешения в разных диапазонах длин волн используют разные кристаллы-анализаторы, различающиеся значениями 2с1. Некоторые из распространенных кристаллов-анализаторов для РФА вместе с их параметрами (величина 2у1 и кристаллографическая ориентация в соответствии с индексами Миллера) перечислены в табл. 3.10. Для определения легких элементов невозможно применять кристаллы с высокой разрешающей способностью типа 1 1г'. В этих случаях используют, например, кристаллы пиролитического графита (РС) или пентаэритрита (РЕ).
Детекторы Длп регигтратуии рентгеновского излучения применяют газоразрядные трубки, сцинтилляционные или полупроводниковые детекторы. (2!б Г Я.С р д Газоразрядная трубка заполнена инертным газом — аргоном, ксеноном или криптоном. Рентгеновские фотоны, проникающие в трубку, ионизируют находящийся в ней газ.
Образующиеся ионы притягиваются анодом, находящимся под напряжением порядка 1, 5 кВ. Величина возникающего импульса тока пропорциональна интенсивности излучения. В зависимости от прилагаемого напряжения и других особенностей различают отдельные типы газоразрядных трубок -- ионизационные камеры, счетчики Гейгера Мюллера и пропорциональные счетчики.
Газоразрядные трубки особенно подходят для определения легких элементов, излучающих в области 1, 5--20 А. Таблица 3,10. Кристаллы-анализаторы для РФА-спектрометров с волновой дисперсией. Кристалл 2д, А Определяемые элементы (порядковые номера) ЫР (420) Ь(Р (220) 1 1Р (200) РС РЕ 1,802 обеспечивает высокое разрешение 2, 848 4,028 > 20 6,715 Р(15), Я(16), С1(17) 8, 742 от А1(13) до К(19) Сцинтилляционный детектор изготавливают обычно из кристаллов иодида натрия с добавками таллия.
При падении рентгеновского кванта на такой кристалл вследствие люминесценции возникает вспышка света, которая регистрируется при помощи <ЬЭУ. Рабочий диапазон детектора составляет 0,3 — 2,5 А. Для регистрации излучения во всем диапазоне длин волн обычно используют газоразрядные трубки в сочетании со сцинтилляционными детекторами. Особым типом приемников излучения являются нолупроеодниковые детекторы.
Полупроводниковый детектор представляет собой кристалл кремния, активированный литием и охлаждаемый жидким азотом. Он работает как дискриминатор фотонов по энергиям и не нуждается в использовании кристалла-анализатора и коллиматора. Излучение поступает непосредственно на многоканальный анализатор, каждый из каналов которого чувствителен к рентгеновским лучам в определенной области энергии. Приборы с такими детекторами называются РФА-спектрометрами с энергетической дисперсией (рис.
3.45). Приборы с энергетической дисперсией значительно дешевле и проще по своей конструкции, чем приборы с волновой дисперсией. Ввиду того, что излучение попадает непосредственно на детектор, Ю.я. и д с ю ~т 2~~7) не наблюдается потерь интенсивности потока излучения. Поэтому в таких приборах можно использовать маломощные рентгеновские трубки или радиоактивные источники. Недостаток спектрометров с энергетической дисперсией — низкая разрешающая способность в области длин волн выше 1 А. Не риллиеаое окошко берилли окош иттеиоаская трубка яцЬ!)-дете Рис. 3.45. Устройство РФА-спектрометрв с энергетической дисперсией нв основе полупроводникового детектора. Качественный анализ Для качественного анализа предпочтительнее использовать приборы с волновой дисперсией ввиду их более высокой разрешающей способности.
Для идентификации элемента следует в первую очередь руководствоваться положением его линии в спектре. При этом необходимо иметь в виду следующее. ° В рентгеновском спектре всегда могут присутствовать линии элементов, входящих в состав материала анода рентееновской трубки и других деталей прибора. е В первую очередь следует искать наиболее интенсивндто ли- нию элемента. В К-серии это К, в т-серии — Ь „-линия. ° Необходимо иметь в виду возможность наблюдения линий выс- итих порядное отражения, в первую очередь — второго.
° Как и в других спектроскопических методах, следует учитывать возможность перекрывания линий. Это явление можно частично предотвратить путем подбора напряжения рентгеновской трубки или порога дискриминации импульсов. Кроме положений линий, следует учитывать и соотноиеение их интенсивност ей. Как показано на примере К-серии (уравнение ~3.42) ), в пределах каждой серии существует определенное статистически обусловленное соотношение интенсивностей линий.
Однако наблюдаемые соотношения могут изменяться в зависимости от состава пробы. Классическим примером служит искажение соотношения интенсивностей К-линий железа в присутствии марганца 1рис. 3.46). интенсивность (условные единицы) оный коэффициент блеиия для Мп 1,94 1,76 Š— длина волны, А Рис. 3.46. Ослабление линии Ре-Кд в присутствии элемента основы — мар- ганца. Теоретически отношение интенсивностей линий РеК и РеКд должно составлять 4: 1. В присутствии Мп интенсивность линии ген значительно снижается ввиду сильного поглощения атомами марганца излучения при этой длине волны. Возможность подобных явлений следует иметь в виду при интерпретации спектров. Характер приведенной на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
