Рентгенофлуоресцентный спектрометр: принцип работы анализатора металлов

Рентгенофлуоресцентная методика, где применяется принцип спектрометра - это один из методов инструментального элементного состава вещества, который даёт возможность определить валовое количество элементов в спектре от Бериллия (B) до Урана (U), независимо от формы, в которой они располагаются в веществе. Обычно процент содержания веществ, определяемых при рентгенофлуоресцентном анализе (РФА), колеблется от n*0001 до 100%. Способ концентрирования обеспечивает возможность, в некоторых случаях, снизить предел определения на 2 порядка.

Физическая база рентгенофлуоресцентного анализа

Природа метода понятна из его названия «Рентгено» -  означает, что в процессе задействовано рентгеновское излучение, в качестве источника обычно используют трубку. Все современные спектрометры для анализа веществ этим способом используют рентгеновскую трубку в качестве первичного источника излучения.

«Флуоресцентный» – говорит о том, что в процессе используются атомы флуоресценции пробы -  вторичное излучение в диапазоне до 1/10 доли до десятков ангстрем, которое вызывается излучением рентгеновской трубки.

Теперь мы можем рассмотреть этот физический процесс подробнее.

Как происходит возбуждение флуоресцентного излучения? После контакта первичного излучения с веществом пробы первичные кванты либо рассеиваются на атомах вещества, из которых состоит проба, либо же происходит уход электрона с внутренней оболочки атома. Если имеет место 2 сценарий, то атом будет возбужден. Излишек энергии будет сброшен как квант флуоресцентного излучения.

Вакансия, которая возникла в результате этого процесса в одной из оболочек атома, может заполняться электронами, у которых атомы будут разного энергетического уровня. Линии спектра, образуемые при таком переходе, сливаются в одну серую прямую, которая именуется как оболочка в начальном состоянии ( K, L, M, N, O, P). K-серия - это наиболее коротковолновые линии, дальше расположены линии  L, M, N- серии, в порядке прогрессии длины волны. Если линии расположены в пределах одной серии, то их обозначают греческими буквами и цифровыми индексами. Линии с наибольшей - это серия - α, дальше, по убыванию, идут β и γ. Но кванты, излучаемые каждым веществом, обладают определенной энергией, не зависящей от химического строения. Поэтому, вторичное флуоресцентное излучение также известно как характеристическое изучение.

Вторичное излучение, которое соответствует определенной длины волны, определяется различными, исходя из конструктивных особенностей спектрометра для анализа металла, способами и регистрацией датчиком инструмента.  (Ипм/с) - скорость счёта электрических импульсов, прямо пропорциональна количеству квантов ( квант/с) рентгеновского излучения, идущего на прибор учёта, это и есть аналитический сигнал спектрометра.

Атомный номер элемента тождественен энергии флуоресцентного излучения, поэтому возможно определить состав элементов, из которых состоит исследуемая проба. Зависимость между интенсивностью флуоресцентного излучения и составом вещества в пробе, от которого это изучение исходит, даёт возможность производить анализ с помощью количественного метода.

Основные виды приборов для рентгенофлуоресцентного анализа веществ

Рентгенофлуоресцентные спектрометры, которые используют в промышленных нуждах, можно разделить на 2 основные категории:

• Спектрометры WDS( применяется волновая дисперсия). За счёт дифракциии рентгеновского излучения на кристаллической решетке выделяет вторичное излучение с различной длиной волны. Благодаря этому возможно добиться качественного разделения спектральной линии, что даёт возможность анализировать вещества, состоящие из множества компонентов.

​

• Рентгенофлуоресцентный анализатор EDS ( энергетическая дисперсия). Вторичное излучение регистрируется с помощью особых детекторов, сигнал которых пропорционально соответствует энергии изучения, что даёт возможность выделять лишь часть линейного спектра с помощью амплитудной селекции. В результате соседние спектральные линии накладываются друг на друга, что затрудняет анализ веществ со сложной структурой, снижая точность конечного аналитического результата.

Преимущества  рентгенофлуоресцентного метода анализа веществ

• Анализ можно производить без перевода твердого вещества в раствор. Также возможно анализировать жидкие пробы без отделения органической части. Жидкую пробу наливают в кювет, покрывают РФА пленкой и проводят анализ
• Рентгеновский спектр прост и однозначен
• Метод анализа является неразрушающим, поэтому его можно эффективно применять для работы с предметами искусства, картинами  уникальные пробы, драгоценными металлами и породами минералов
• Широки аналитические возможности

​

Также можно отметить:

• Возможность определить содержание вещества вне зависимости от агрегатного состояния
• За одно исследование можно определить основные элементы, а также примеси
• Локальный анализ проводится без вакуумизации вещества

Совокупность этих свойств делает этот метод рентгенофлуоресцентного анализа веществ простым, эффективным и доступным. Если у вас остались вопросы или вы хотели бы узнать подробнее об особенностях работы рентгенофлуоресцентных спектрометров российского производства ГК «Южполиметалл-Холдинг», специалисты компании «Служба 7» с радостью вас проконсультируют.