31

Орешенкова Е.Г.

Рентгеноспектральные методы анализа. Содержание

Стр.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА. 3

Упрощенная система рентгеновских уровней 4

Закон Мозли. 5

Подробная система рентгеновских уровней 6

Радиационные и безрадиационные переходы 8

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ РЕНТГЕНО-СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА. (РСА) 8

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ РЕНТГЕНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА. 10

АППАРАТУРА ДЛЯ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА. 10

Классификация рентгеновских спектрометров. 10

Источники возбуждения рентгеновских спектров. 11

Ввод проб в рентгеновский спектрометр. 14

Кристалл-анализаторы. 14

Рентгеновские дисперсионные спектрометры. 15

Детекторы рентгеновского излучения. 16

Ионизационные детекторы. 17

Пропорциональный счетчик. 19

Счетчик Гейгера-Мюллера. 19

Сцинтиляционный счетчик фотонов. 20

Полупроводниковые детекторы. 21

КАЧЕСТВЕННЫЙ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ. 21

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ РЕНТГЕНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ. 23

Интенсивность непрерывного спектра. 24

Интенсивность характеристических линий первичного спектра. 24

Взаимодействие рентгеновских лучей с веществом. 25

Рассеяние рентгеновских лучей в анализируемом веществе. 26

Интенсивность линий в спектре флуоресценции. 26

Зависимость интенсивности флуоресценции от напряжения на рентгеновской трубке. 27

Зависимость интенсивности флуоресценции от химического состава образца. 28

Эффект избирательного поглощения аналитической линии. 28

Эффект избирательного возбуждения аналитической линии. 29

Этапы количественного РФСА и источники погрешностей. 29

1. Подготовка ГО (СОП). 30

2. Отбор проб. 30

Введение.

Впервые РСА был применен в1922 г. геохимиком В.М. Гольдшмидтом для определения состава ряда минералов. В 1923 году с помощью РСА был открыт элемент гафний, а в 1925 - открыт рений. Однако широкое использование РСА началось в 60-70 годы, когда начали серийно выпускать рентгеноспектральную аппаратуру.

Теоретические основы методов рентгеноспектрального анализа.

Рентгеновские лучи так же как и видимый свет, УФ, ИК, радиоволны и -излучение проявляют двоякие свойства - свойства электромагнитной волны и свойства потока частиц - фотонов. В спектре электромагнитных волн рентгеновские лучи занимают положение между вакуумным УФ и  - излучением. Для рентгеновских методов анализа (РСА) чаще всего используют рентгеновское излучение с длинами волн 0,04 - 2,8 нм. Диапазон длин волн рентгеновского излучения соответствует межатомным расстояниям в кристаллических решетках соединений. (Это положение в дальнейшем будет использовано при рассмотрении конструкции рентгеновских спектрометров.)

Известно, что внутренняя энергия атома квантована, что квантована и энергия каждого электрона атома, что все электроны распределены в атоме по слоям и подслоям. Энергия электронов, находящихся в данном электронном слое определяется значением главного квантового числа и чем дальше находится электрон от ядра (чем большим главным квантовым числом он характеризуется), тем больше его энергия. Электронные слои атома принято обозначать буквами: К, L, M, N, O и т.д. К - электронный слой, ближайший к ядру (n =1), для L, M, N и т.д. слоев n = 2, 3, 4 - соответственно.

Электронный подслой характеризуется значениями орбитального квантового числа. Электронные подслои (оболочки) обозначают буквами s, p, d, f.

Практически рентгеновские спектры получают следующим образом.

Анализируемый образец бомбардируют пучком ускоренных электронов или фотонов высокой энергии. При этом из какого-либо внутреннего электронного слоя (например - К) бомбардируемого атома вырывается электрон и удаляется из атома. Образовавшаяся вакансия (свободное место в электронном слое) заполняется электроном с одного из слоев с большим квантовым числом (L, M. N …). При переходе электрона с более внешнего слоя во внутренний - его энергия уменьшается. Разница в энергии электрона может быть выделена в виде рентгеновского фотона, энергия которого определяется уравнением

Е_ф= h = Е₂ - Е ₁

где: Е₁ - энергия электрона внутреннего слоя (выбитого),

Е₂ - энергия электрона более внешнего слоя (с которого перешел электрон на место выбитого).

Освободившееся место в электронном слое, с которого перешел электрон, заполняется электроном с еще более удаленного от ядра слоя и т.д. Каждый переход электрона может сопровождаться испусканием рентгеновского кванта.

Совокупность квантов (фотонов) всех частот (длин волн), которые могут быть испущены атомами данного элемента, составляют рентгеновский спектр испускания этого элемента.