рентгенорадиометрический анализ
РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (РРА)
метод элементного анализа, основанный на измерении интенсивности характеристич. рентгеновского излучения, возникающего в результате взаимод. ионизирующего излучения радионуклидного источника с электронами внутр. оболочек атомов определяемых элементов. Для регистрации рентгеновского излучения используют радиометрия, аппаратуру. Метод позволяет проводить неразрушающий анализ, результаты которого не зависят от хим. и агрегатного состояния анализируемого объекта.
Существуют два варианта РРА-флуоресцентный и абсорбционный. Первый получил более широкое распространение. В этом случае регистрируют характеристич. рентгеновское излучение (обычно К- или L-серии; см. рентгеновская спектроскопия), испускаемое возбужденными атомами определяемого элемента. Энергия этого излучения зависит от атомного номера элемента, а интенсивность пропорциональна его концентрации. Для возбуждения характеристич. рентгеновского излучения наиб. часто применяют источники низкознергетич. γ- или рентгеновского излучения. В некоторых случаях (напр., при определении легких элементов) предпочтительнее применять источники α-частиц (см. рис., а). Характеристич. рентгеновское излучение элементов пробы регистрируют детектором, преобразующим энергию рентгеновских квантов в электрич. импульсы. Амплитудный анализатор выделяет импульсы с амплитудой, соответствующей энергии квантов характеристич. рентгеновского излучения определяемого элемента. Количество импульсов, регистрируемых в единицу времени, пропорционально концентрации элемента.
Схема установки для флуоресцентного (а) и абсорбционного. (б) рентгенорадиометрич. анализа: 1 — радионуклидный источник; 2 — проба; 3 — детектор рентгеновского излучения; 4 — амплитудный анализатор; 5 — регистрирующее устройство; 6 — мишень.
В абсорбционном РРА пробу облучают рентгеновскими квантами с близкими энергиями Е1 и Е2, причем Е1 < Eсв < < Е2, где Есв-энергия связи электрона на внутр. оболочке атома определяемого элемента. Для получения рентгеновского излучения с энергиями Е1 и Е2 радионуклидным источником облучают сменные мишени, изготовленные из элементов с близкими атомными номерами (см. рис., б). Регистрируют соответствующие энергиям Е1 и Е2 интенсивности I1 и I2 рентгеновского излучения, прошедшего через пробу. При этом отношение I1/I2 зависит от содержания определяемого элемента.
Во всех вариантах РРА содержание элемента в пробе находят сравнением с содержанием его в образце сравнения. Поскольку интенсивность характеристич. рентгеновского излучения зависит не только от содержания элемента, но и от свойств пробы, разработаны методики для учета влияния состава пробы (матричного эффекта) на результаты определений.
Пределы обнаружения элементов зависят от типа детектора. Для определения элементов с атомными номерами
Полупроводниковые детекторы обладают существенно более высоким энергетич. разрешением. На их базе созданы многоканальные рентгенорадиометрич. анализаторы, позволяющие определять одновременно 10–15 элементов с пределами обнаружения 10−3–10−4 %. Для автоматизации процессов измерений и расчета концентраций элементов используют микро-ЭВМ, входящие в состав анализатора. Созданы программы, позволяющие проводить обработку сложных рентгеновских спектров пробы. С целью снижения (на 2–3 порядка) пределов обнаружения применяют методы хим. концентрирования (экстракцию, осаждение и др.). Недостаток полупроводниковых детекторов на основе Si и Ge — необходимость их охлаждения жидким азотом. Разработаны детекторы с термоэлектрич. охлаждением и полупроводниковые детекторы (на основе HgI2 и др.), не требующие охлаждения в процессе эксплуатации.
Осн. достоинства РРА по сравнению с рентгеновским спектральным анализом: высокая стабильность и монохроматичность возбуждающего излучения; простота проведения многоэлементного анализа и анализа тяжелых элементов по более интенсивным К-линиям рентгеновского спектра; компактность, надежность и экономичность анализирующей аппаратуры. Разработаны портативные приборы, снабженные набором разл. типов датчиков, позволяющих проводить определения мн. элементов без отбора проб на месте проведения геол. изысканий, в продуктах переработки минер. сырья, в сплавах, в биол. и др. объектах. Рентгенора-диометрич. анализаторы применяли для исследования элементного состава пород на Луне и Венере.
Лит.: Мамиконян С. В., Аппаратура и методы флуоресцентного рент-генорадиометрического анализа, М., 1976; Якубович А. Л., Зайцев Е. И., Пржиялговский С. М., Ядерно-физические методы анализа горных пород, 3 изд., М., 1982; Рентгенорадиометрический метод при поисках и разведке рудных месторождений, под ред. А. П. Очкура, Л., 1985.
А. А. Медведев
Химическая энциклопедия