Г. Юинг - Инструментальные методы химического анализа (1115206), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Радиоактивные источники. Радиоактивные элементы испускают излучение в рентгеновском диапазоне по одному из двух 8* 228 Глава 11 Рентгеновские методы 229 Излучение ! Изотоп Период полураспада 2,60 года 270 сут мне зтСо ЭЗ: Мп К, 2!ОЗ пм ЭЗ: Ре Гамма: 86,1, !0,17 пм Гамма: 1,06, 0,931 пм ЭЗ: [ч'р Ь, 88,9 пм, Рчр ь, 69,8 пм, [чр Ь, 59,7 пм Гамма: 20,87, 47,0 пм ааСо татАсп 5,26 года 458 лет а! 1 Данные азаты из работы [3 — б! и при необходимости переведены в соответствуютцую систему единиц. б) . Эз — электронный зах и механизмов [3]. Первый из них включает внутриядерные энергетические переходы и приводит к испусканию гамма-излучения, не являющегося истинным рентгеновским излучением.
Другой механизм известен под названием электронного эахеатп, или К-захвата. Электрон, ваходяшийся на К-орбитали, имеет конечную вероятность находиться в течение некоторого времени вблизи ядра, поэтому для многих атомов существует конечная вероятность захвата К-электрона ядром, Этот процесс понижает атомный номер элемента на одну единицу и образует вакансию в К-оболочке. В результате возникает истинное рентгеновское излучение соседнего, расположенного ниже элемента, которое уже не сопровождается каким-либо значительным излучением с непрерывным спектром.
В табл. 11-2 перечислены некоторые изотопы, оказавшиеся полезными в качестве источников гаммаили рентгеновского излучения, Для выделения отдельных линий все же могут потребоваться фильтры. Преимущество радиоактивных источников состоит в том, что они не нуждаются в сложных высоковольтных источниках напряжения и вакуумных трубках, имеющих ограниченный срок годности. Но, с другой стороны, их нельзя выключить, так что всегда существует потенциальная опасность облучения независимо от того, идет эксперимент или нет.
Детекторы рентгеновского излучения Впервые рентгеновское излучение было обнаружено по появлению изображения в облученных ими фотоматериалах. В настоящее время фотография не находит широкого применения в количественном анализе, но она удобна для некоторых ди- Таблица 11-2. Изотопы, используемые в качестве источников рентгеновских или гамма-лучей *! фракционных методов, где получаются двумерные картины и их геометрию нужно точно зафиксировать. Для увеличения поглощения проникающего рентгеновского излучения фотопленку с обеих сторон покрывают эмульсией. Действие других детекторов основано на способности рентгеновских лучей вызывать в одних веществах вспышки света (сцинтилляции), в других— ионизацию.
Сцинтилляционные детекторы. Некоторые вещества обладают свойством давать очень слабые вспышки света при поглощении рентгеновских фотонов (т. е. флуоресцировать). Примером тому служит кристаллический Ха1, в который введено небольшое количество (1 или 2 о[о) Т11. Вспышки света можно регистрировать фотоумножителем, обеспечивающим надежное измерение числа фотонов, падающих на кристалл. Длительность каждой вспышки очень мала (порядка 10-' с), но возникающий электрический импульс может иметь несколько большую длительность из-за несовершенства электронных схем. Хотя при больших скоростях счета наблюдается наложение импульсов, все же при средних скоростях счета (до 10' имп,ус) можно выделить и подсчитать отдельные сцинтилляции.
В гл. 3 упоминалось о принципиальных схемах, используемых в сочетании с фотоумножителем. Газовые ионизационные детекторы. Рентгеновское излучение, проходя через газ, ионизирует его и, следовательно, может быть обнаружено по проводимости газа. Для этого предназначена ионизаиионная камера, представляющая собой простую металлическую емкость с изолированным центральным электродом, наполненную сухим газом. Электрод находится под напряжением 100 В или выше, а возникающий при ионизации ток измеряют электрометром. Сигналы от отдельных фотонов не разрешаются, и поэтому регистрируемый ток соответствует среднему или равновесному значению.
Сигнал можно значительно усилить, если увеличить напряжение на центральном электроде до значения, при котором электроны, возникающие при первичной ионизация, сильно уско. ряются и при столкновении ионизируют другие молекулы. Количество образующихся при этом ионов зависит от энергии фотона рентгеновского излучения, поэтому ток будет пропорционален энергии фотона. Прибор, работающий в таком режиме, называется газовым пропорциональным счетчиком. Он обладает быстродействием, достаточным для счета отдельных фотонов. При дальнейшем увеличении напряжения наступает насышение, т. е. все импульсы имеют одну и ту же величину независимо от энергии падающего фотона.
Детектор, работающий в этом 230 Глава 11 Рентгеновские методы 231 гек«икр гл и т,огнэг режиме, называется счетчиком Гейгера — Мюллера (или Гейгера). В гл. 24 дано более подробное описание газовых ионизационных детекторов. Твердотельные ионизационные детекторы. Чистые монокристаллы германия и кремния могут стать чувствительными к рентгеновскому и другим ионизирующим излучениям в присутствии лития. По мере диффузии лития в кристаллическое вещество (технический термин — «дрейф») происходит очистка вещества от примесей. Фотон рентгеновского излучения, проникающий в очищенный кристалл, выбивает электроны из решетки, оставляя вакансии, обычно называемые дырками, которые по своему действию эквивалентны подвижным положительным электрическим зарядам.
Число таких актов разделения зарядов непосредственно связано с энергией фотона, поэтому полученный сигнал (увеличение проводимости) также пропорционален этой энергии. Детекторы такого типа должны находиться при температуре жидкого азота (даже при хранении) для предотвращения дальнейшей диффузии лития, которая существенно уменьшает чувствительность и со временем выводит детектор из строя. Электрический выходной сигнал твердотельного детектора гораздо слабее сигнала газового или сцинтилляционного детектора, поэтому необходим электронный усилитель с большим коэффициентом усиления. На рис.
11-5 приведены сравнительные спектральные характеристики этих детекторов нескольких типов. Отметим, что по оси абсцисс отложены единицы энергии, которые обратно пропорциональны единицам длин волн. Как 100 «Е И' В еЪ 50 В 0 5 !а 15 20 25 нэг бди г а,!2й О,ОВЗ О,авг а,авали Энергия ре,!и!генодсного иэлунения, кэз Рис. 11.5, Сравнение сигналов газового пропорционального, сцинтнлляцнонного н 51(1Л)-детекторов. о ! г 3 1 5 5 7 в в в !! ! зеергия ренэгенегскега излучения, нэз Рис.
11-б, Сравнение разрешающей способности сцинтнлляционного, газового пропорционального и 5111.1)-детекторов. показано на рис. 11-6, для строго монохроматического излучения каждый детектор дает несколько уширенный пик. Ка- н КР-линии железа с длинами волн 193,7 и 175,7 пм (6,40 и 7,05 кэВ) разрешены только с помощью твердотельного детектора на основе кремния 51(11); ни сцинтилляционный, нн газовый пропорциональный детекторы не дают такого разрешения..
Рентгеновская абсорбционная спектрометрия. Использование рентгеновского поглощения в аналитических целях представляется наиболее полезным в тех случаях, когда в матрице из легких атомов содержится только один определяемый элемент большой атомной массы. К этой категории относятся некоторые аналитические методики, имеющие важное значение в промышленности в контрольно-измерительных целях. Этим способом определяют наличие свинца в бензине [6), хлора в органических соединениях [7), урана в растворах его солей [8].
Датчики на рентгеновском и гамма-излучении используют для контроля толщины пищевой алюминиевой фольги в процессе прокатки. Аналитические методы, основанные на прямом поглощении рентгеновского излучения, в основном были вытеснены методами рентгеновской флуоресценции (опнсаны ниже), которые при использовании аналогичной аппаратуры дают как качественную, так и количественную информацию. Спектрометрия края поглощения. В другом методе, основанном на поглощении рентгеновского излучения, используется понятие о критическом крае поглощения. Поглощение излучения Рентгеновские методы 233 232 Глава 11 Рентгеновские моиохромнторы (11-6) щЛ.—.
[к[по ! хв хе Диона Ооллы — м. Рнс. 11-9. Рентгеновский монохрома тор, установленный на круге Роу ланда. Крг!стала деформирован и от щлифован для точной фокусировки Рнс. 11-7. Поглощение на критическом крае [91. любым элементом образца значительно сильнее при длине волны несколько меньшей длины волны края поглощения, чем при несколько большей длине волны, а так как положение края на шкале длин волн характерно для каждого элемента, то пара измерений при длинах волн, ограничивающих край поглощения, может служить для обнаружения и определения искомого элемента. Если построить зависимость интенсивности рентгеновского излучения от длины волны вблизи К-края поглощения элемента, то получится кривая типа приведенной на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
