Способ определения интенсивности фона

(54) СПОСОБ ОПРТИ ФОНА(57) Изобретенирентгеновского осится к области за состава вещеОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Сибирский государственный проектный и научно-исследовательский институт цветной металлургии (72) А.В.Конев, Э.В.Григорьев, Н.А.Астахова, С.В.Кубарев, С.М Моркусова, С.Н.Рубцова и Т.Е.Слободяню (53) 539.1.06 (088.8)(56) Бахтиаров А.В. и др. Исследова ние фона коротковолнового спектрометра по Кошуа. - В кн.: Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Л.: Машиностроение, 1977, вып. 19, с. 118-134.Авторское свидетельство СССР У 1151875, кл, С 01 ства, конкретнее к рентгеноспектральному анализу с использованием спектрометров фокусирующего типа. Цельюизобретения является повышение точности анализа. Это достигается выбором оптимальных условий регистрации,при которых фон под аналитическойлинией определяемого элемента не зависит от изменений химического состава наполнителя. На серии стандартных образцов, состав которых сходенс составом наполнителя анализируемыхпроб, измеряют зависимости относительной интенсивности 1 счета фонаот ширины Ь приемной щели переддетектором прц разных значенияхширины окна амплитудного анализатора, разных напряжениях на рентгеновской трубке и т.д. Описывают измеряемую зависимость в виде 1(Ь) = а +Изобретение относится к рентгеновскому анализу состава вещества, особенно к рентгеноспектральному анализу с использованием спектрометров фокусирующего типа, и может быть использовано при анализе состава веществ а,Целью изобретения является повышение точности анализа, особенно приопределении малых содержаний элементов с большими и средними атомныминомерами в материалах, наполнителькоторых состоит из железа и болеелегких элементов. 15На фиг. 1 приведены экспериментальные зависимости относительнойинтенсивности 1 фона при определе 9нии молибдена по его К,-линии отширины Ь, приемной щели перед детектором для наполнителя соответственноиэ оксидов кремния, железа, цинка,свинца, а также карбонатов кальцияи бария при различных ширинах ьЧканала анализатора импульсов (реэультаты, обозначенные точкой, сняты приЬЧ = 2 В, крестиком - при 6 Ч = 10 В,кружком - при ЬЧ = 20 В, треугольником - при ЬЧ = 50 В); на фиг, 2 -зависимости коэффициента а от ширины 30ЬЧ канала анализатора, снятые приЬ, = 0,12 см, и при величине высокогонапряжения на рентгеновской трубке,соответственно равной 30 кВ (а),50 кВ (б), 70 кВ (в); на фиг, 3 - 35= 0,26 см.Способ-прототип определения интенсивности фона И, основан на предположении, что величина регистрируемого 40на месте аналитической линии элемента сигнала фона пропорциональна ширине приемной щели перед детектором.С учетом этого исходного условия получено уравнение для Расчета относительной интенсивности фона1(Ь, )1 с - п 1(Ь,)1 (Ь )- ---- , (1)Ь-и где 1,п,Ь. - постоянные коэффициенты;й(Ь, )Я(Ь)1(Ь)= ---1(Ь )= --- , (2)1 с(Ь ) 1 (Ьа) где Н(Ь,), Н(Ь) - суммарные интенсивности аналитической линии опреде ляемого элемента А и фона при ширине приемной щели перед детектором, соответственно равной Ьи Ь для исследуемого образца; И,(Ь,), И.(Ь ) - то же, для стандарта сравнения.В действительности (фиг.1) экспериментальные зависимости 1 =ц(Ь) для однокомпонентных образцов различного химического состава являются нелинейными,причем параметры (а,аа) этой зависимости определяются химическим составом излучателя. Установленная закономерность приводит к погрешности результатов определения И,р при изменении химического состава наполнителя, достигающей 10%, даже если это наполнитель из оксидов кремния и железа, а также карбоната кальция. Зависимости на фиг.1 можно аппроксимировать уравнением1,(Ь,) = а, + а,Ь; + а Ь (3)2 где а , а а - коэффициенты.При правильно изготовленном механизме щели, когда она закрывается полностью, а= О. Из кривых (фиг.1) также следует, что а, = 1 для всех измеренных однокомпонентных наполнителей. Отсюда следует, что если удастся выбрать условия такими, чтобы а: П, то зависимость интенсивности фона от изменения состава наполнителя будет резко снижена; такие условия измерения названы оптимальными. Для их нахождения в конкретных случаях анализа проводят измерения с серией стандартных образцов, по возможности полно характеризующих подлежащий анализу технологический продукт или руду, Измеряют зависимости интенсивности фона от ширины Ь в диапазоне от минимальной Ь, до максимальной Ь при различных (не менее трех) ширинах ДЧ канала анализатора импульсов, различных значениях высокого напряжения на рентгеновской трубке.Изобретение иллюстрируется следующим примером реализации.Определяют фон на месте аналитической линии молибдена (МоК, ) на двухканальном коротковолновом спектрометре ФРС,Прибор оснащен рентгеновской трубкой БХВс цилиндрическим анодом из рения и выходным бериллиевым окном толщиной 0,050 см. Напряжение Ю на трубке может достигать 70 кВ, ток 1 - 50 мА. Пучок первичного излучения со средней угловой расходимостьюоЬО = +20 падает на пробу под углом90, а вторичное излучение отби76 з 14028рается под углом ( = 30 через выходной коллиматор со средним зазором 1между пластинами 0,12 см. Вторичноеизлучение разлагается в спектр посхеме Кошуа (радиус круга Роуланда5равен 40 см) кристаллом кварца (отражающая плоскость 1010, межплоскостноерасстояние й = 0,424 мм) толщиной0,012 см с разрешающей способностью, 10характеризуемой аппаратурной ширинойфлуоресцентной К,-линии, около0,0002 нм. Излучение регистрируетсясцинтилляционным детектором (разрешакицая способность 377 для СпК, - 150, гизлучения) с шириной приемной щелиЬ = 0-0,50 см. Энергетическая селекция импульсов детектора выполняетсяодноканальным анализатором амплитудыимпульсов, нижний уровень Чн, ширина д Ч канала которого изменяетсяот 0 до 100 В и от 0 до 50 В соответственно.Исследуемую пробу помещают в кювету диаметром 4,0 см и глубиной 251,0 см. Для определения оптимальныхусловий измерения исследуемых образцов предварительно изучают зависимость И, = (Ь) для образцов различного химического состава (фиг.1): 30оксидов кремния Б 10, железа РеО ,цинка ЕпО и свинца РЬО, а такжекарбонатов кальция СаСОз и барияВаСО. Аппаратурные параметры приэтом выбирают следующие: расстояниемежду пластинами коллиматора 1 равноО, 12 (фиг.1) и 0,26 см, напряжениеП на рентгеновской трубке - 30, 50(фиг.1) и 70 кВ, а ширину ДЧ каналаанализатора амплитуд импульсов выбирают равной 2(ф), 10 (+), 20 (о) и50 В (Д ),Как видно из фиг.1, зависимость 1 =д(Ь) является нелинейной в диапаФзоне изменений Ь = 0-0,50 см, причем параметры функции 1 =д(Ь) при выбранных и,1,и ЬЧ определяются химическим составом излучателя. Очевидно, что предлагаемый способ определения интенсивности фона с максимальной достоверностью реализуется в тех случаях, когда функция 1,Р =р(Ь) является линейной во всем диапазоне измерений Ь, При этом кривая 1 =ц(Ь) проходит через точки с координатами (О;О) и (1",1) ( штриховая линия на фиг.1), В связи с этим условием нормикровки коэффициентов а, а, и а уравнения (3) в общем случае являетсяао + а 1 + а 2 (4) а условием оптимальности аппаратурных условий реализации предлагаемого способа - равенство нулю коэффициента нелинейности а.На фиг. 2 и 3 представлены зависимости а = 2 ( дЧ) для излучателей из оксидов кремния (ф) и железа ( Д ), а также карбоната кальция (+). При этом напряжение 0 на рентгеновской трубке выбрано равным 30, 50 и 70 кВ, а 1 равно 0,12 (фиг.2) и 0,26 см (фиг.З). Указанные компоненты составляют основу наполнителя руд редких, рассеянных, цветных и благородных металлов. В связи с малыми содержаниями последних определение интенсивности фона на месте спектральной линии элемента А необходимо выполнять в ,этих случаях с максимальной достоверностью.Из фиг.2 видно, что при 1 = 0,12 см, аО, тогда как при 1 = = 0,26 см (фиг. 3) а = 0 при Д Ч =53- 56 В. Выпадение точек, соответствующих Д Ч = 20 В, объясняется попаданием в канал флуоресцентного излучения кадмия (покрытие деталей прибора), которое возбуждается вторичным излучением преимущественно в коллиматоре прибора. Интенсивность флуоресценции кадмия повышается с увеличением зазора 1 между пластинами коллиматора. В связи с этим эффект выпадения экспериментальных точек наблюдается лишь при 1 = 0,26 см (Фиг.З),Значение погрешности измерения фона можно оценить относительным стандартным отклонением Б, которое характеризует расхождение результатов определения М при произвольном выборе условий реализации способа с теми результатами, которые получают при оптимальных условиях эксперимента (линейная зависимость 1,=д(ь).В таблице представлены полученные значения Б.Из сравнения результатов таблицы с графическими данными (фиг.1) видно, что минимальное значение Б (максимальная правильность или достоверность) достигается в тех случаях, когда зависимость 1 = е(Ь) прибли 9жается к линейной, а коэффициент а к нулю (фиг.2 и 3).1402876 1, см 40 0,12 504570 Предлагаемый способ определенияинтенсивности Фона на месте аналитической линии определяемого элементаиспользуется при определении благородных, редких и рассеянных металловс содержанием 0,0001 - 0,50 абс.7в геологических материалах, нромпродуктах,Длительность анализа одной пробыпри этом не превьппает 5-6 мин. Спо"соб определения интенсивности фонаповышает в 5-8 раз точность опреде ления интенсивности Фона и, соответственно, количественного анализакроме того, способ не требует рекон.струкции существующих спектрометров,квантометров и анализаторов серийного производства и может быть реализован в аналитических лабораториях,а также непосредственно в непрерывных технологических процессах. Формула изобретения Способ определения интенсивности Фона на месте аналитической линии определяемого элемента при рентгеноспектральном флюоресцентном анализе с использованием Фокусирующего спек, трометра, включающий облучение пробы , исследуемого вещества полихроматическим излучением и измерение суммарной интенсивности аналитической ли нии определяемого элемента и Фона при двух различных ширинах Ь приемной щели детектора, середина которой соответствует максимуму аналитической линии, причем минимальную ширину Ь щели выбирают равной аппаратурной ширине аналитической линии на половине ее высоты, а вторую ширину Ь щели выбирают максимально .возможной, но не более удвоенного расстояния по шкале длин волн между полностью разрешенными аналитической линией определяемого элемента иоближайшей спектральной линией любого из элементов пробы, умноженного на значение линейной дисперсии, спектрометра, а интенсивность фона определяют расчетным путем, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности анализа, предварительно выбирают оптимальные аппаратурныеусловия проведения анализа, для чегрпри произвольно выбранной ширине 6 Чканала анализатора импульсов изме -ряют интенсивности фона на месте аналитической линии определяемого элемента от серии стандартных образцов,10 моделирующих по химическому составунаполнитель исследуемого вещества,при различных значениях ширины приемной щели в диапазоне от Ь до Ь,затей, используя одну из интенсивно 1 стей И(Ь,), измеренную при ширинеЬ приемной щели детектора, такой,ния, находят для каждого стандартного образца относительные интенсив 20 И ,(Ь)но сти 1 (Ь) =---- , с использова 9 й (Ь) фнием которых для каждого образцарассчитывают. коэффициенты ао, аа нелинейной регрессионной зависимости 1(Ь) = а + аЬ + аЬ, причем эти операции повторяют при неменее чем трех других значениях ширины ( ЪЧ)канала анализатора импульЗОсов, и для каждого образца строятзависимости коэффициента нелинейности а от ЬЧ, а за оптимальное значение ( ЬЧ)принимают среднееиз трех значений ширины Ь Ч каналаанализатора для серии используемыхЗ стандартных образцов, при которыха = О,Значение Б( ) при ЬЧ, В2 10 20 50 30 0,7 2,1 0,8 2,2 1,4 1,8 0,8 2,5 2,0 3,0 0,5 2,1 30 07 21 01 020,26 50 0,6 2,4 0,4 0,3 70 1,9 2 2 9 3 О 41402876 Ор усу. Р Составите Техред Л. М,Виктороврдюкова Корректор А.Обручар тор Н.Слободяни Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5