Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Рентгеновский флюоресцентный анализ

В этом подразделе мы рассмотрим экспериментальный атомноспектроскопический метод, который в последнее время занимают все большее место в аналитической практике, заменяя и вытесняя традиционные методы «мокрого» химического анализа.

Рентгеновский флюоресцентный анализ (РФА) так же, как и рассматриваемый ниже нейтронный активационный анализ, представляет собой неразрушающий аналитический метод количественного элементного анализа веществ. Физической основой метода является закон Мозли (см. подраздел 8.6.4), устанавливающий связь между свойствами характеристического излучения (энергией, частотой или длиной волны) и атомным номером Zиспускающего его элемента. Он базируется на анализе вторичного рентгеновского характеристического излучения, которое испускается исследуемым веществом после его облучения электронами или рентгеновскими квантами[1]. Метод не является резонансным, но представляется спектрами излучения (является спектральным) и имеет все более расширяющееся применение в химии, химической технологии, горнорудной промышленности, металлургии и др. как современная альтернатива обычному химическому анализу, обладает высокой чувствительностью и экспрессно- стью (не требует больших временных затрат).

Для элементов с атомными номерами Z = 5 — 7 и более высокими, положение возбужденных энергетических уровней таково, что испускаемое при электронных переходах электромагнитное излучение лежит в области рентгеновского излучения[2].

Как указывалось в подразделе 8.6.4, существуют два типа рентгеновских лучей, возникающих при взаимодействии ускоренных до определенной энергии электронов с веществом — тормозное и характеристическое излучение.

В РФА используется характеристическое рентгеновское излучение. В отличие от тормозного, оно состоит из набора дискретных линий, характерных для данного вещества — исследуемого образца. Оно вызывается электронными переходами между наиболее низкими (глубокими) электронными уровнями атома. Общий вид спектра рентгеновского тормозного (пьедестал) и характеристического (отдельные линии) излучения, испущенного рентгеновской трубкой, приведен на рис. 8.26.

В качестве примера на рис. 11.15 приведен спектр характеристического излучения сегнетоэлектрической керамики ВаТЮ3. По оси абсцисс отложены длины волн характеристического излучения образца, по оси ординат — интенсивность спектральных линий. Указанные внизу длины волн к характеристических пиков являются табличными данными, относящимися к спектральным линиям излучения титана, бария и кислорода. Линии Т-Ка и Ва-La расположены близко друг к другу. В волновом диапазоне линия Ка кислорода имеет большую длину волны (235,7 нм), т.е. находится в спектре далеко от первых.

Спектр рентгеновского флюорисцентного излучения образца сегнетоэлектрической керамики ВаТЮ как зависимость относительной интенсивности характеристического излучения от длины волны

Рис. 11.15. Спектр рентгеновского флюорисцентного излучения образца сегнетоэлектрической керамики ВаТЮ3 как зависимость относительной интенсивности характеристического излучения от длины волны

Более того, рентгеновские лучи такой длины волны (малой энергии) сильно поглощаются воздухом — это обстоятельство приводит к необходимости работы в высоком вакууме.

РФА успешно используется при анализе химического состава веществ с относительно тяжелыми элементами (от Be до U). Анализ на легкие элементы (С, S, О и др.) затруднен из-за указанного сильного поглощения воздухом их низкоэнергетического излучения. В соответствии с этим точность и чувствительность метода тем выше, чем выше порядковый номер элементов, подлежащих определению. Например, чувствительность на содержание бора составляет 0,03%, а на железо —

0,0025% (здесь указаны массовые проценты).

Часто РФА-методикой комплектуются электронно-микроскопические установки и установки, предназначенные для анализа спектров фотоэлектронов. Такое комплексирование методик оказывается возможным из-за того, что в подобных установках используются ускоренные электроны, взаимодействующие с веществом образца-мишени. Результатом этого взаимодействия является характеристическое излучение, анализ которого и составляет сущность РФА. Более того, в случаях, когда возможно управление электронным пучком (фокусировка, перемещение по поверхности образца, сканирование пробы, как в электронном микроскопе и др.), РФА-методика становится локально избирательной, и появляется возможность рентгеновского флюоресцентного элементного микроанализа с пространственным разрешением по поверхности образца порядка диаметра электронного пучка, т.е. нескольких микрометров.

  • [1] Здесь мы не затрагиваем описанием важнейшую область рентген-электронной спектроскопии — фотоэлектронные методы анализа (Оже-, ЭСХА- и др.), требующую отдельного рассмотрения в специальном курсе, посвященном спектральным методамфизико-химических исследований.
  • [2] Электромагнитное излучение, возникающее при ядерных переходах, с энергией,сравнимой с энергией рентгеновских лучей, терминологически относится к гамма-излучению.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы