Рентгеноспектральный анализ



Скачать 459.94 Kb.
страница2/4
Дата06.01.2013
Размер459.94 Kb.
ТипУчебно-методическое пособие
1   2   3   4



СТРУКТУРА МОДУЛЯ 2
« Рентгеноспектральный анализ »





УЭ-0

УЭ-4


УЭ-1

УЭ-3


УЭ-2




УЭ-2.1.

УЭ-2.2.

УЭ-2.3.

УЭ-2.4.

УЭ-2.6.

УЭ-2.5.








УЭ-1. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ

Вопросы для самопроверки


Ответы:

1. Химический метод.

2. Оптический спектральный анализ.

1. Какие аналитические методы определения содержания отдельных элементов в различных веществах Вы знаете?




1. Непрерывный (сплошной, белый).

2. Характеристический.
I

0

I

0
Вычисленное геометрическое расположение дифракционного максимума не меняется. Интенсивность дифракционного максимума меняется.

Кинематическая теория, в отличие от динамической, не учитывает взаимодействие между первичным и рассеянным излучением.


2. Сформулируйте закон Мозли.
3. Какие виды рентгеновских спектров Вы знаете?

4. Как изменяется зависимость интенсивности рентгеновских лучей от длины волны при увеличении напряжения на рентгеновской трубке при неизменном токе накала? (Построить график непрерывного спектра)


5. Как изменяется зависимость интенсивности рентгеновских лучей от длины волны при увеличении значений тока через рентгеновскую трубку при неизменном высоком напряжении? (Построить график непрерывного спектра).

6. Что такое количественный анализ?

7. Что такое качественный анализ?
8. Как изменятся геометрическое расположение дифракционного максимума и его интенсивность при аналитическом вычислении по кинематической и динамической теориям?




УЭ–2. РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Рентгено-спектральный анализ – определение элемент-ного состава веществ

Преимущества рентгено-спектрального анализа:

мало линий;

взаимное расположение линий серий (К и L) почти одинаково у всех элементов;

длины волн характеристического спектра по закону Мозли зависят от порядкового номера элемента.
Чувствительность анализа составляет 0,1-0,001 %

Рентгеновские спектры широко используются для определения содержания отдельных элементов в различных веществах. Рентгеноспектральный анализ позволяет значительно ускорить определение состава образцов по сравнению с химическими методами и обеспечивает достаточную точность.

К числу преимуществ рентгеноспектрального анализа по сравнению с оптическим спектральным анализом относится то, что рентгеновские спектры содержат мало линий; взаимное расположение линий внутренних серий (К и L) почти одинаково у всех элементов; длины волн характеристического спектра закономерно (по закону Мозли) зависят от порядкового номера элемента.

Надежность рентгеноспектрального анализа не меньше надежности других аналитических методов. Чувствительность (минимальное содержание элемента, определяемое данным аналитическим методом) достаточно высокая; она зависит от метода рентгеноспектрального анализа и уменьшается по мере перехода от тяжелых элементов к легким. Обычно чувствительность анализа составляет 0,1-0,001 %, но в некоторых благоприятных случаях удавалось получить пороговую чувствительность %.

Общее признание получил микрорентгеноспектральный анализ, позволяющий определять химический состав в микрообъемах, составляющих всего 0,3-2 мкм3 при чувствительности 0,2 - 0,02 %.

Успешно развивается также флуоресцентный рентгеноспектральный анализ, который позволяет вести исследование без разложения или разрушения пробы (твердое тело, жидкость, газ) одновременно на содержание многих (до 24) элементов. Анализ можно проводить в автоматических установках рентгеновских спектрометрах и квантометрах, обладающих очень высокой производительностью.

К недостаткам рентгеноспектрального анализа следует отнести сложность и высокую стоимость оборудования.

Существуют три метода рентгеноспектрального анализа: 1) эмиссионный (по первичным характеристическим спектрам); 2) абсорбционный (по спектрам поглощения); 3) флуоресцентный (по вторичным характеристическим спектрам).

Эмиссионный метод обладает высокой чувствительностью 

0,1-0,01 %.

Погрешность количественного анализа составляет

2–5 % содержания определяемого элемента.
Абсорбционный метод обладает низкой чувствительностью –

0,5 - 0,15 %. Погрешность количественного анализа составляет

10 – 15 %.

Флуоресцентный метод обладает наивысшей чувствительностью –

0,04-0,0005 %.

Эмиссионный метод. Этим методом исследуется спектр вещества, помещенного на анод рентгеновской трубки. При бомбардировке вещества пучком электронов возникает первичное характеристическое излучение, которое, пройдя через щель, разлагается в спектр с помощью кристалла и регистрируется на фотопленке или с помощью счетчика. Эмиссионный метод обладает высокой чувствительностью  0,1-0,01 %. Погрешность количественного анализа по первичным спектрам составляет 2–5 % содержания определяемого элемента. При исследовании этим методом исследуемое вещество нагревают и поэтому анализ легко испаряющихся веществ, например серы и селена, представляет очень трудную задачу.

Абсорбционный метод. Этот метод применяют в основном при определении сравнительно тяжелых примесей в жидкостях. Жидкости помещают в кюветы из материала с малым коэффициентом поглощения рентгеновских лучей. Прошедший через кювету пучок рентгеновских лучей разлагают в спектр. При анализе исследуются изменения в спектре, которые возникли при прохождении лучей через вещество.

Абсорбционный метод обладает сравнительно низкой чувствительностью - 0,5-0,15 %. Погрешность количественного анализа составляет 10–15 %.

Флуоресцентный метод. При исследовании флуоресцентным методом вещество помещают вблизи анода мощной рентгеновской трубки. Первичное излучение, выходящее из трубки, возбуждает вторичное характеристическое излучение исследуемого вещества. Это излучение, выделенное в почти параллельный пучок с помощью щели Соллера, попадает на кристалл, который разлагает его в спектр. Спектр обычно регистрируется с помощью газоразрядных или сцинтилляционных счетчиков. Фотографический метод не применяется из-за малой интенсивности вторичных спектров. Так как исследуемое вещество находится вне рентгеновской трубки, то на проведение анализа затрачивается времени не больше, чем при исследовании методом оптического анализа. Объект при исследовании не нагревается, и поэтому возможно исследование даже легко испаряющихся веществ. Этот метод анализа обладает наивысшей чувствительностью, равной 0,04-0,0005 %.








2.1. Рентгеновские спектрографы и спектрометры

Спектрометр– прибор с ионизационной регистрацией спектра.

Спектрограф–с фоторегистрацией спектра.

Преимущество спектрометра – высокая светосила.

Разрешающая способность ниже, чем у фокусирующих спектрографов с изогнутым кристаллом.

Рентгеновские лучи могут быть разложены в спектр с помощью спектрографов, использующих плоские и изогнутые кристаллы. Рассмотрим некоторые типы рентгеновских спектрографов.

Спектрометр с плоским кристаллом. На рис. 1 приведена схема спектрометра с плоским кристаллом, который в основном применяется для флуоресцентного метода анализа. Вторичное характеристическое излучение образца 1, возбужденное пучком первичных лучей от трубки 2, вырезается многопластинчатым коллиматором или щелью Соллера 3. После отражения от кристалла 4 пучок проходит через вторую щель Соллера и регистрируется с помощью счетчика 5, кристалл 4 вращается вокруг оси, проходящей через его поверхность, с угловой скоростью . Счетчик и вторая щель Соллера вращаются со скоростью 2.


Рис. 1. Схема спектрометра с плоским кристаллом
Преимуществом такого спектрометра является его высокая светосила, обусловленная тем, что одновременно используется для отражения почти вся поверхность большого плоского кристалла. Однако его разрешающая способность ниже, чем фокусирующих спектрографов с изогнутым кристаллом.


Кристалл изогнут по радиусу, равному диаметру фокальной окружности.
Условия фокусировки:

нормали к отражающим плоскостям сходятся в одной точке N на фокальном круге (выполняется)– отражающие точки поверхности кристалла лежат на фокальном круге (не выполняется).


УЭ-2.1.1. Спектрограф с фокусировкой по Иоганну. В этом спектрографе (рис. 2), широко применяющемся в настоящее время, используется кристалл, изогнутый по радиусу, равному диаметру фокальной окружности. Отражающие атомные плоскости параллельны внешней поверхности кристалла. Щель отсутствует, а фокус рентгеновской трубки F располагается внутри фокального круга. Как видно из приведенной схемы, в данном случае выполняется только одно условие фокусировки: нормали к отражающим атомным плоскостям сходятся в одной точке N на фокальном круге. Второе условие фокусировки не выполняется: отражающие точки поверхности кристалла, кроме точки А, не лежат на фокальном круге.


Рис. 2. Схема спектрографа с фокусировкой по Иоганну

(с изогнутым кристаллом)
Нарушение условий фокусировки приводит к размытию спектральных линий (в сторону меньших углов ). В этом нетрудно убедиться, рассматривая лучи, отраженные под одним и тем же углом от точек кристалла А, В и С (см. рис. 2). Проведем в точке А касательную к поверхности кристалла. Отраженный под углом  от атомной плоскости луч пересечет фокальную окружность в точке Р. Лучи, отраженные под тем же углом от точек В и С, не попадут в точку Р. Они могли попасть в эту точку, если


Уширение вследствие косого падения лучей пропорционально углу . С уменьшением угла  (длины волны лучей ), уширение увеличивается, в результате чего метод используют в области больших углов  (обычно   20),

(  1,45 Ǻ).

бы касательные к атомным плоскостям в этих точках располагались в точках В' и С' на фокальном круге. Так как это условие не выполняется, то соответствующие отраженные лучи пересекут фокальный круг в точках Р' и Р". Ширина спектральных линий b определяется формулой:

, (1)

где R  радиус фокального круга;   угол Вульфа - Брэгга;   угловой раствор кристалла (см. рис. 2).

Угловой раствор кристалла  обычно ограничивают специальным экраном Н. Косое падение лучей на пленку также вызывает дополнительное размытие в двойном слое эмульсии, поэтому для получения спектрограмм методом Иоганна либо применяют одностороннюю фотопленку, либо сразу после проявления снимают внешний слой эмульсии. Уширение вследствие косого падения лучей также пропорционально углу . С уменьшением угла , а следовательно, и длины волны лучей  уширение увеличивается, в результате чего метод Иоганна может быть использован в области больших углов  (обычно   20).

Спектрограф Иоганна обычно делают вакуумным: рентгеновская трубка, кристалл и фотопленка находятся в общем вакууме. Он применяется для исследования спектральной области с длинами волн   1,45 Ǻ.

Принцип фокусировки по Иоганну используется также в длинноволновых спектрометрах, в которых спектр регистрируется с помощью проточных пропорциональных счетчиков, перемещающихся вдоль фокальной окружности.

Разрешающая способность Р спектрографа (обратная величина минимальной разности для волн, разрешаемых соседних спектральных линий) прямо пропорциональна угловой дисперсии , радиусу фокальной окружности R и обратно пропорциональна ширине спектральной линии b:


В монокристалле вышлифовывают цилиндрическую поверхность радиусом 2R, равным диаметру фокального круга. При этом отражающие атомные плоскости изогнуты по диаметру фокального круга.
Метод обеспечивает точную фокусировку и большой угол апертуры (), что дает стократный выигрыш в экспозиции.

, (2)

где = d/d = n /(2 d сos) = tg /.

Отсюда следует, что для повышения разрешающей способности спектрографа надо использовать отражения под большими углами  и увеличивать радиус спектрографа. Однако увеличение радиуса приводит также к увеличению ширины спектральных линий, поэтому в серийных спектрографах радиус фокальной окружности не превосходит 500 600 мм.

УЭ-2.1.2. Спектрограф с фокусировкой по Иоганссону. Для устранения дефокусировки, присущей методу Иоганна, Иоганссон предложил вышлифовать в монокристальной пластинке цилиндрическую поверхность радиусом 2R, равным диаметру фокального круга. Затем кристалл изгибают так, чтобы его отражающая поверхность располагалась по радиусу фокального круга. При этом отражающие атомные плоскости изогнуты по диаметру фокального круга. Из схемы фокусировки, приведенной на рис. 3, видно, что лучи, отраженные от точек А, В и С кристалла, пересекутся в одной точке Р на фокальном круге.

Рис. 3. Схема спектрографа с фокусировкой

по Иоганссону
Этот метод обеспечивает точную фокусировку и поэтому позволяет выбрать большой угол раствора кристалла , При большой апертуре  легко получить стократный выигрыш в экспозиции по сравнению с методом плоского





Недостаток метода –сложность изготовления монокристальной пластинки.
Спектрограф применяется для исследования коротковолнового участка спектра (0,61,7 Е)
Фокусировка осуществляет-ся при прохождении рентгеновских лучей через тонкую монокристальную пластинку, изогнутую по радиусу, равному диаметру фокального круга.

колеблющегося кристалла.

Недостатком метода Иоганссона является сложность изготовления монокристальной пластинки, вышлифованной по поверхности цилиндра. Спектрограф Иоганссона применяется для исследования только длинноволновых участков спектра.

УЗ-2.1.3. Спектрограф с фокусировкой по Кошуа. Этот спектрограф применяется для исследования коротковолнового участка спектра. Фокусировка в нем осуществляется при прохождении рентгеновских лучей через тонкую (толщиной a) монокристальную пластинку, изогнутую по радиусу, равному диаметру фокального круга (рис. 4).


Рис. 4. Схема спектрографа с фокусировкой

по Кошуа

От фокусного пятна F, расположенного вне фокального круга, рентгеновские лучи падают на кристалл с выпуклой стороны и отражаются от атомных плоскостей, расположенных веерообразно (до изгиба эти плоскости располагались под углом  к плоской поверхности кристалла). Лучи, отражающиеся под одним и тем же углом , сходятся на фокальном
1   2   3   4

Похожие:

Рентгеноспектральный анализ iconРентгеноспектральный анализ пленок оксида титана, полученных методом магнетронного распыления
Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и утс, 12 – 16 февраля 2007 г
Рентгеноспектральный анализ iconЭлектронная сканирующая микроскопия и локальный рентгеноспектральный анализ для исследования химико-физических процессов в материалах
Работа выполнена в лаборатории «Ионных и радикальных процессов» Института энергетических проблем химической физики ран
Рентгеноспектральный анализ iconЛабораторная работа 8 Спектральный анализ и синтез
Гармонический анализ и синтез ~ Классический спектральный анализ ~ Численный спектральный анализ ~ Спектральный анализ на основе...
Рентгеноспектральный анализ iconКонспект лекции 4 (часть 2) концевая н. В. 2007 Тема Многомерный статистический анализ Вопросы Многомерный статистический анализ
Многомерный статистический анализ. Задачи классификации объектов: кластерный анализ. Дискриминантный анализ
Рентгеноспектральный анализ iconСистемный и компонентный анализ бизнес-среды организации
Ключевые слова и фразы: компонентный анализ, структурный анализ, системный анализ, энтропия системы
Рентгеноспектральный анализ iconСлайд 1 Следующие две лекции будут посвящены методам анализа веществ и материалов. Сегодня мы поговорим о таких методах анализа, как различные виды электронной микроскопий, рентгеноспектральный микроанализ
...
Рентгеноспектральный анализ iconКомпьютерная грамматика русского языка
Анализ текста естественным образом разбивается на три этапа: анализ отдельного слова, анализ предложения и анализ связного текста....
Рентгеноспектральный анализ iconЭкономический анализ как наука и практика предмет и объект эа. Эа и его роль в управлении предприятием
...
Рентгеноспектральный анализ iconЛекция 31. Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования. Корреляционный анализ результатов моделирования. Регрессионный анализ результатов моделирования. Дисперсионный анализ результатов моделирования
...
Рентгеноспектральный анализ iconАнализ механизмов формирования и эволюционного изменения спектров джетов и ядер квазаров
Целью статьи является анализ механизмов поступления тяжелых химических элементов в космическое пространство и анализ замкнутой эволюции...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org