ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возбуждение ускоренными частицами или излучением высокой энергии из "Современная аналитическая химия" Столкновение быстрых электронов с мишенью, изготовленной из твердого вещества, может привести к испусканию рентгеновских лучей. [c.100] Основные части генератора рентгеновских лучей изображены на рис. 5.9. [c.100] нагреваемый низковольтным источником питания, испускает электроны, которые ускоряются в вакууме потенциалом в несколько киловольт и направляются на металлическую мишень. Величина ускоряющего напряжения определяется энергией, необходимой для возбуждения рентгеновского излучения. Она повышается с увеличением атомного номера при возбуждении /С-серии ее минимальное значение изменяется от 1,3 кВ для магния до 39 кВ для лаНтана. С приложенным напряжением связана и интенсивность характеристических линий излучения. Обычно рентгеновские спектрометры работают при напряжениях до 60 кВ существуют устройства, позволяющие использовать еще более высокие напряжения. [c.100] Хорошим примером использования в анализе первичных рентгеновских лучей является электронно-зондовый рентгеновский микроанализатор. В этом приборе электроны, испускаемые нагретой тонкой вольфрамовой ленточкой (диаметром 0,1 мм), ускоряются напряжением 5— 40 кВ и направляются на анализируемое вещество, которое служит мишенью. Система поддерживается под высоким вакуумом по пути к образцу пучок электронов проходит через одну или две магнитных линзы. Эти линзы имеют форму катушки с небольшим сквозным отверстием, в котором создается сильное магнитное поле. Изменяя напряженность этого поля, можно сфокусировать электронный пучок на очень малой площади (вплоть до одного квадратного микрона) на поверхности мишени. Рентгеновское излучение, которое испускается из этой небольшой области образца, проходит через диспергирующую систему и регистрируется. Анализ полученного спектра позволяет установить состав выбранной области образца. [c.101] Интенсивность испускаемых рентгеновских лучей является функцией многих переменных величин, среди которых можно отметить ускоряющий потенциал, долю поглощаемых электронов, глубину их проникновения, атомный номер возбуждаемого элемента, состав основы и т. д. В некоторых случаях интенсивность характеристических линий линейна изменяется в зависимости от состава тогда можно определить концентрацию элемента с ошибкой около 3% от его содержания. В других исследованиях необходимо использовать калибровочные кривые, построенные с помощью различных серий стандартных образцов. [c.101] Микрозонд является уникальным методом анализа, поскольку его луч можно точно направить на очень малую область образца для ее исследования и одновременно определить в этой области несколько элементов. [c.101] Этот метод используется во многих случаях. Например, в сфере металлургии его применяют для исследования природы частиц, присутствующих на границах зерен, и состава следов коррозии геологи используют его для изучения мельчайших включений в минералах сообщалось о проведении анализа биологических тканей на микроанализаторе. Хотя приборы этого типа дороги, изучение распределения элементов существенно необходимо во многих областях исследования, что оправдывает их приобретение. [c.101] Под действием первичных рентгеновских лучей высокой энергии почти каждый элемент, входящий в состав анализируемого твердого образца, испускает характеристическое излучение. Излучаемые частоты такие же, как если бы из этого элемента была изготовлена мишень в отдельной рентгеновской трубке, хотя, как следует из закона сохранения энергии, вторичные рентгеновские лучи несут меньшую энергию (т. е. имеют большую длину волны), чем лучи источника возбуждения. [c.101] На этом характеристическом поведении твердых тел под действием излучения высокой энергии основан метод, известный под названием рентгеновской флуоресценции. [c.101] Основные части рентгеновского спектрометра показаны на рис. 5.9. Прибор состоит из рентгеновской трубки с высокой интенсивностью излучения, камеры образца, коллиматора, кристалла-анализатора и прибора для определения длины волны излучения (по углу его отражения от кристалла-анализатора). На этом устройстве, называемом гониометром, укреплен детектор излучения, связанный с соответствующими электронными устройствами. Существуют различные типы приборов. В наиболее общепринятом типе используется плоский кристалл-анализатор, и поток излучения коллимируется рядом параллельных пластин. В других моделях используется кристалл с искривленной поверхностью, фокусирующий отражаемое им излучение. [c.102] Кристаллы обладают способностью диспергировать рентгеновское излучение, поскольку дифракция каждого типа излучения происходит тогда, когда расстояние между атомными плоскостями кристалла имеет строго заданную величину. [c.102] Максимальный угол 20, измеряемый гониометром, ограничен. Обычно прибор позволяет определять угол отражения 0 до 75°. Поэтому кристалл-анализатор следует подбирать в зависимости от длины волны анализируемого излучения так, чтобы удовлетворялось уравнение Брэгга— Вульфа. Так, обычно измеряемый прибором угол 0 изменяется от 5 до 75° тогда минимальная длина волны, которая может быть зарегистрирована, составляет 0,15с(, а максимальная — 1,90 . Таким образом, для того чтобы анализировать излучение, длина волны которого изменяется от 0,02 до 1 нм, необходимо использовать несколько различных кристаллов. Если Я 0,3 нм, используют кристалл-анализатор, изготовленный из топаза (с =0,1356 нм) или фторида лития ( =0,2015 нм). Для диспергирования более длинных волн подходят такие соединения, как кварц ( =0,3135 нм), однозамещенный фосфат аммония ( = = 0,5314 нм) и гипс ( =0,766 нм). [c.102] Для определения длины волны излучения плоский кристалл-анализатор поворачивают относительно центральной оси на угол 0. Для того чтобы зарегистрировать это излучение, детектор необходимо переместить по окружности на угол 20. [c.102] В состав детектирующего устройства может входить счетчик Гейгера, пропорциональный или сцинтилляционный счетчик. Эти детекторы имеют различную относительную эффективность регистрации для различных длин волн, и их выбор зависит от типа образцов, которые необходимо исследовать. У счетчика Гейгера калибровочная кривая для средней интенсивности рентгеновских лучей нелинейная, а его выходной импульс не зависит от энергии падающего излучения. Кроме того, скорость счета сравнительна мала, что приводит к дискриминации исследуемого сигнала. С другой стороны, этот счетчик прост в обращении, поэтому его стремятся использовать в массовых анализах. [c.102] Пропорциональные счетчики имеют примерно такую же спектральную чувствительность, как счетчики Гейгера, но их достоинством является высокая скорость счета, а также то, что импульсы выходного напряжения пропорциональны энергии падающих рентгеновских лучей. Это свойство пропорциональных счетчиков используют для дискриминации мешающих сигналов с помощью специальных электронных устройств. При регистрации излучения с длиной волны больше чел 0,2 нм окошко детектора должно быть прозрачным для длинноволнового излу- чения. Поэтому его приходится делать настолько тонким, что оно оказывается пористым. Вследствие этого газ, которым наполняется детектор, необходимо постоянно пополнять, для чего он подводится к детектору непрерывным потоком. Такие пропорциональные счетчики называют проточными. Они подходят для определения элементов с атомным номером 24 илй ниже. [c.103] Для регистрации элементов с атомным номером 25 или выше предпочтительнее сцинтилляционные счетчики. Они характеризуются высокой спектральной чувствительностью к рентгеновским лучам с длиной волны меньше чем 0,2 нм, а импульсы выходного напряжения также пропорциональны энергии падающего пучка. [c.103] Порошок можно спрессовывать в брикеты или в таблетку с бурой так, чтобы поверхность, на которую должно падать рентгеновское излучение, была гладкой. Можно также смешать порошок со связывающим веществом и распределить смесь по плоской поверхности. [c.103] Жидкости перед анализом испаряют на некоторой поверхности либо помещают в капсулу, закрытую тонким окошком из вещества, прозрачного для рентгеновских лучей. Для изготовления окошек используют специальную синтетическую пленку (типов Майлар и Формвар) или нитрат целлюлозы. Для образцов в газообразном или парообразном состоянии необходимы кюветы с окошками, которые способны пропускать рентгеновские лучи и при этом обеспечивать разность давлений внутри и вне кюветы. [c.103] Полный качественный анализ образца неизвестного состава можно проводить путем автоматического сканирования эмиссионного спектра с записью сигнала счетчика на ленте самописца, калиброванной в соответствии со значениями 29. Если известно расстояние между атомными плоскостями кристалла по этим данным можно вычислить длину волны каждой наблюдаемой линии с помощью уравнения Брэгга — Вульфа. Затем идентифицируют элементы, присутствующие в образце, сопоставлением со стандартной таблицей основных К- и 1-линий элементов, расположенных по возрастанию атомного номера. [c.103] Вернуться к основной статье