Количественный рентгенофлуоресцентный анализ алюминиевого сплава (1113664), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Подвижная фазапредставляет собой жидкость и или газ, протекающий через неподвижную фазу.Компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной фазой передвигаются вдольстационарной фазы. Последнюю обычно помещают в стеклянную или металлическуютрубку – колонку. В зависимости от силы взаимодействия с поверхностью сорбентакомпоненты перемещаются вдоль колонки с разной скоростью. Одни компонентыостаются в верхнем слое сорбента, другие, с меньшей степенью взаимодействия ссорбентом, оказываются в нижней части колонки, некоторые покидают колонку сподвижной фазой. Таким образом, компоненты разделяются [1].Это наиболее распространенный аналитический метод. Данным методом можноопределить вещества в любом агрегатном состоянии: газообразном, жидком и твердом.Определяются вещества с молекулярной массой, лежащей в широком диапазонезначений.Хроматография позволяет проводить одновременный многокомпонентный анализсложных систем, является довольно точным и экспрессным методом.
Для исследованиясостава многокомпонентных металлических сплавов применяют высокоэффективнуюжидкостную хроматографию (ВЭЖХ) [2]. Серьёзным недостатком метода является, каки в методах анализа описанных ранее, необходимостьпереведения анализируемогообразца в раствор. Кроме того, данный метод требует многократного разбавленияпробы.2.1.3. Физические методы анализа.2.1.3.1. Атомно-абсорбционны метод анализа.Данный метод основан на поглощении свободными атомами анализируемой пробыхарактеристического излучения этого же элемента.В атомно-абсорбционном (АА) методе термическая энергия пламени применяетсядля атомизации исследуемого образца.
При распылении раствора соли металла в пламярастворитель испаряется. Дальнейшее испарение и распад соли приводят к образованиюв пламени атомов или простых молекул. Неионизированные и несвязанные атомы6элемента, находящиеся в основном состоянии, поглощают свет характеристическихчастот, совпадающих с характеристическими частотами излучения элемента. Поэтому дляколичественного анализа в АА измеряют степень поглощения атомами падающегоизлучения. При наличии подходящего источника света, металл, находящийся в пламени ввиде атомов, можно определить по абсорбционному спектру [1].Однако данный метод является одноэлементным, что непригодно для анализируемогообъекта.
Кроме того, как и в описанных ранее методах, образец необходимо переводить врастворенный вид.2.1.3.2. Атомно-эмиссионный метод анализа.М етод основан на измерении характеристических спектров испусканиявозбужденных атомов и ионов анализируемой пробы. Каждый элемент излучаетдискретные спектральные линии при нагревании его паров до достаточно высокойтемпературы. При этом электроны атома возбуждаются (электрической дугой,пламенем, электрической искрой или индуктивно связанной плазмой), и при переходе ихв основное или промежуточное состояние происходит излучение линии, характерной дляданного перехода. Если атомизатором служит пламя, то метод носит названиефотометрии пламени [1].Этот метод не требует специальной пробоподготовки, для анализируемого нами образца,так как он находится в виде металлических «таблеток», пригодных для анализа, однакометод является разрушающим, что непригодно, например, для анализа дорогих сплавов.Кроме того, спектры, измеренные при анализе очень сложны, что сильно затрудняетанализ.2.1.3.3.
Рентгенофлуорисцентный анализ.При поглощении фотона первичного излучения из атома выбрасываетсяфотоэлектрон и образуется вакансия в одной из внутренних оболочек. Энергия атомапонижается за счет заполнения этой вакансии более удаленным от ядра электроном.Переход может быть радиационным то есть с испусканием фотона характеристическогоизлучения, или без радиационное с выбрасыванием еще одного электрона (безиспускания атомом флуоресцентного излучения) – оже-электрона. Таким образом, методоснован на измерении характеристических спектров флуоресценции атомами элементованализируемой пробы [3].2.2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДИКИ.Как следует из написанного, рентгенофлуоресцентный метод являетсяподходящим для анализа, выбранного объекта.
Это неразрушающий метод7одновременного многоэлементного качественного и количественного анализа, которымможно определить элементы, располагающиеся в периодической таблице от бора доурана. Анализируемые образцы могут быть как жидкие, так и твердые, причемпоследние могут иметь любую консистенцию. Данный метод обладает широкимдиапазоном определяемых содержаний: от 10-4 до 100 масс.
%, при этоминструментальная погрешность метода составляет несколько процентов. В этом методеанализируемый образец и стандарты легко готовятся к исследованию, они не требуютрастворения для анализа. Однако следует помнить, что для получения корректныхрезультатов анализа необходимо учитывать межэлементное влияние [4].2.3 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА.2.3.1 Рентгеновское излучение.Рентгеновское излучение – это электромагнитное излучение с длиной волны,лежащей в диапазоне длин волн от 0,01 до100 нанометров. В рентгенофлуоресцентноманализе используется излучение с длинами волн от 0,04 до 1,8 нанометров, котороепредставляет собой поток фотонов.Первичное рентгеновское излучение получается при бомбардировке атомовтвердого тела заряженными элементарными частицами.
При облучении твердого телапервичным рентгеновским излучениемвозникает вторичное: рассеянное ифлуоресцентное рентгеновское излучение. Источником первичного излучения обычнослужит рентгеновская трубка, в которой в условиях вакуума накаленная нить катодаиспускает электроны, ускоряемые затем в сторону анода электрическим полем,приложенным к трубке [3].2.3.2 Свойства рентгеновского излучения.В результате бомбардировки мишени электронами, последние резко тормозятся иизлучают рентгеновское излучение (тормозное излучение). Важно отметить, что данноеизлучение испускается непрерывно по длинам волн, кроме того, оно поляризовано.Наряду с описанным процессом может происходить выбивание бомбардирующимиэлектронами внутренних электронов атомов материала мишени, в этом случае атом иизлучает линейчатое рентгеновское излучение (характеристическое излучение), котороенеполяризовано.Следует помнить, что флуоресцентное излучения толькохарактеристическое.Кроме описанных процессов могут также происходить процессы преломления,однако показатель преломления близок к единице, рассеяниеи поглощение.
При8поглощении фотон отдает атому свою энергию и исчезает. За счет этой энергии атомвыбрасывает свой электрон (фотоэлектрон) и превращается в ион (имеет дырку).Примерно через 10-16 – 10-15 секунды электрон с большей энергией заполняетобразовавшуюся вакансию, при этом испускается фотон характеристическогорентгеновского излучения. Если образовавшаяся в атоме вакансия заполняетсяэлектроном одной из более удаленных от ядра оболочек, то атом переходит в другоесостояние с вакансией в менее глубокой оболочке. Этому соответствует переход атома суровня с большей энергией E1 начального состояния на уровень меньшей энергии E2конечного состояния с одновременным излучением фотона с энергией E1,2:E1,2=E1-E2.Вакансия, возникшая в одной из оболочек, может быть заполнена электронамиразличных подоболочек атома. Все линии спектра появляющиеся при таких переходах,образуют одну серию линий, обозначаемую так же, как и оболочка начальногосостояния (K, L, M , N, O, P).
Линии K-серии – наиболее коротковолновые, далее впорядке возрастания длин волн расположены L, M , N-серии. В пределах одной серииотдельные линии обозначаются греческими буквами и цифровыми индексами. Самыеинтенсивные линии серии - α, затем в порядке убывания β и γ.Относительнаяинтенсивностьлинийопределяетсявероятностямисоответствующих переходов, которые могут быть вычислены методами квантовоймеханики. Если вероятность перехода равна 0, то этот переход не происходит исоответствующей линии в спектре нет. Такие расчеты позволили установитьзакономерности при которых линии спектра могут возникать – правила отбора. Если вселинии одной серии расположить в порядке возрастания энергии E1,2 их фотонов, то вэтом ряду E2 конечных состояний атома будет убывать.
Линия, возникающая при E2=0,может появиться, если вакансия начального состояния будет заполнена находившимсявблизи атома свободным электроном, тогда E1,2=E1 – эта точка спектра – граница серии(граница поглощения) – край поглощения совпадает с границей серии.Переходы с какого-либо уровня на разные дублетные уровни – близкие линии вспектре – дублетные (Kα1α2, Kβ1β2, Lα1α2)Относительные интенсивности линий одной серии обычно выражают в доляхсамой интенсивности линии α1, интенсивность которой принимают за 100.Относительные интенсивности линий одной серии разных элементов не одинаковы, но сизменением атомного номера изменяются не очень значительно.
Приблизительно можноуказать, что в K-серии интенсивность I основных линий равны: I(α2)=50, I(β1)=20,I(β3)=10, остальные слабее. В L-серии: I(α2)=12, I(β1)=50, I(β2)=20, I(β3)=8, I(γ1)=10,остальные слабее. Для возбуждения линий одной серии некоторого элемента нужно,чтобы энергия eV бомбардирующего электрона (e – заряд, V – напряжениерентгеновской трубки) была не меньше уровня энергии E1 начального состояния. ЕслиeV<E1, линии этой серии нет, если eV>E1 – линия есть. Напряжение V0 при которомeV=E1 определяет потенциал возбуждения данной линии.
С возрастанием атомногономера Z элемента V0 одной и той же серии быстро растет [3].92.3.3 Спектральное распределение интенсивности тормозногоизлучения.При торможении электронов в аноде рентгеновской трубки их энергияуменьшается за счет испускания тормозного излучения. Поскольку потеряннаяэлектронами энергия не может превосходить полученной им в рентгеновской трубкеэнергии eV, энергия E фотонов тормозного излучения не может превосходить E0=eV.Таким образом,тормозное излучение имеет высокоэнергетическую, иликоротковолновую, границу спектра длинна волны λ0 которого равна:λ0=12,4/V,где λ0 выражена в нанометрах, а V в киловольтах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
