Глава 12. Рентгеноспектральний аналіз
Рентгеноспектральний аналіз призначений для якісного і кількісного визначення хімічного складу речовини за допомогою рентгенівських спектрів.
Переваги рентгеноспектрального методу:
прискорення визначення складу зразків у порівнянні з хімічними методами та забезпечення достатньої точності;
мала кількість ліній в рентгенівських спектрах;
майже однакове для всіх елементів взаємне розташування ліній (K- та L-серій);
довжина хвилі характеристичного випромінювання підпорядковується закону Мозлі і залежить від порядкового номера елемента;
надійність не менше надійності інших аналітичних методів;
достатньо висока чутливість (0,1–0,001%, а в деяких випадках 10-5–10-6 %);
можливість локального аналізу хімічного складу в мікрооб’ємах 0,3–2 мкм3 (мікрорентгеноспектральний аналіз).
Недоліки рентгеноспектрального методу – складність та велика вартість обладнання.
12.1 Методи рентгеноспектрального аналізу Методи рентгеноспектрального аналізу:
емісійний (за первинними характеристичними спектрами);
флуоресцентний (за вторинними характеристичними спектрами);
абсорбційний (за спектрами поглинання).
Емісійний метод. Досліджується спектр речовини, розміщеної на аноді рентгенівської трубки. При бомбардуванні речовини пучком електронів виникає первинне характеристичне випромінювання, яке розкладається в спектр за допомогою кристала-аналізатора і реєструється на фотоплівці або за допомогою лічильника.
Емісійний метод має досить високу чутливість (0,1–0,01%). Похибка кількісного аналізу складає 2–5% від вмісту елемента, що визначається.
Недоліком емісійного методу є неможливість аналізу рідких, легкоплавких та летких речовини, оскільки зразки нагріваються у вакуумі; руйнування навіть тугоплавких речовин під діею бомбардування аноду; наявність в первинному випромінюванні, крім характеристичного, ще й неперервного (суцільного) спектру, що знижує чутливість методу.
Флуоресцентний метод. Досліджувану речовину розташовують поблизу аноду потужної рентгенівської трубки. Первинне випромінювання, що виходить з трубки, збуджує вторинне характеристичне випромінювання досліджуваної речовини, яке потрапляє на кристал аналізатор, який розкладає його в спектр. Цей спектр реєструється за допомогою сцинтиляційних або газорозрядних лічильників. Даний метод має найвищу чутливість (0,04–0,0005%). Об’єкт при дослідженні не нагрівається і тому можна досліджувати речовини, що легко випаровуються.
Флуоресцентний метод має деякі переваги у порівнянні з емісійним аналізом:
як правило, зразок розташовується на повітрі, а не в вакуумному об’ємі, або вводиться в нього через шлюз, що дозволяє проводити швидку заміну зразка;
в процесі аналізу зразок не нагрівається і тому його хімічний склад не змінюється (можна аналізувати рідкі, леткі та легкоплавкі речовини);
у вторинному спектрі відсутній фон неперервного спектру, завдяки чому підвищується контрастність аналітичних ліній, і, відповідно, чутливість аналізу;
застосування методу зовнішнього стандарту дозволяє отримати високу точність при кількісному аналізу.
Флуоресцентний метод має також і недоліки:
вторинні спектри мають малу інтенсивність і тому фотографічний метод реєстрації не застосовується;
чутливість цього методу по лініям L–спектру приблизно у 5–7 разів нижче, ніж по лініям К-спектру (цей недолік відносний, оскільки чутливість по вторинним К-спектрам в 5-10 разів вище, ніж по первинним К-спектрам);
інтенсивність аналітичних ліній суттєво залежить від загального складу проби, особливо за наявності елементів, що заважають – наприклад, наявність Fe (заліза) в пробі впливає і інтенсивність ліній V (ванадію).
Метод флуоресцентного аналізу використовується в багатоканальних спектрометрах (квантометрах), які одночасно визначають вміст декількох елементів.
Абсорбційний метод. Цей метод використовують в основному при визначенні важких домішок в рідинах. Рідини вміщують в кювети, виготовлені з матеріалу з малим коефіцієнтом поглинання рентгенівських променів. Пучок рентгенівських променів, що пройшов крізь кювету, розкладається в спектр. При аналізі досліджуються зміни в спектрі, які виникли при проходженні променів крізь речовину.
Абсорбційний метод має порівняно низьку чутливість 0,5–0,15%. Похибка кількісного аналізу складає 10–5 %.
Цей метод порівняно рідко використовується в матеріалознавстві.