Современное развитие энергодисперсионного анализа

ГЛАВА 1.

СОВРЕМЕННОЕ РАЗВИТИЕ

ЭНЕРГОДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА

1.1. Аппаратура рентгеноспектрального анализа

Среди различных экспрессных методов определения химического состава веществ (таких, как оптико-эмиссионный, атомно-абсорбционный, электрохимический и другие) рентгеноспектральный анализ занимает одно из ведущих мест, как по количеству единиц выпускаемой аппаратуры, так и по широте применения в самых различных областях исследований и производства [9, 18, 19, 47, 67, 82, 83, 97, 127, 132].

История рентгеноспектрального анализа как метода исследования элементного состава веществ начинается с 1922 года, когда в лаборатории Гольдшмидта по первичным (возбужденным электронным пучком) спектрам Хаддинг определил химический состав ряда минералов. Возможности нового метода были особенно ярко продемонстрированы при открытии с помощью рентгеноспектрального анализа гафния (1923 год, Хевеши и Костер) и рения (1925 год, Ноддак). Дальнейшим развитием рентгеноспектрального анализа явилось использование для возбуждения характеристических рентгеновских линий исследуемого образца не электронного пучка, а пучка первичного рентгеновского излучения (1928 год, Глокер и Шрайберг). В результате перехода от возбуждения электронным пучком к возбуждению пучком первичного рентгеновского излучения появилась новая разновидность рентгеновского метода исследования элементного состава вещества – рентгенофлуоресцентный анализ. Так как техническая реализация рентгенофлуоресцентного метода анализа значительно проще, чем возбуждение электронным пучком (нет необходимости вакуумировать образец, отсутствуют сложные системы фокусировки электронного пучка), а чувствительность в несколько десятков раз выше (что обусловлено на 1-2 порядка меньшим фоном), то именно этот метод является наиболее широко используемым в настоящее время в аналитической практике.

Определение качественного и количественного элементного состава вещества методом рентгенофлуоресцентного анализа ведется по наиболее сильным линиям вторичного характеристического спектра (спектра рентгеновской флуоресценции). Флуоресцентное (вторичное) излучение возбуждается пучком первичного рентгеновского излучения, источником которого обычно служат рентгеновские трубки специальной конструкции.

Широкое распространение в настоящее время описываемого метода при решении многих аналитических задач, возникающих в самых разнообразных областях науки и техники, обуславливается такими его достоинствами, как многоэлементность анализа (возможность определять несколько десятков химических элементов одновременно), широкий диапазон регистрируемых концентраций (от 10^-5 и ниже до 100 %), экспрессность метода (время анализа одного исследуемого образца по всем элементам зачастую составляет не более одной - двух минут). Рентгенофлуоресцентный анализ относится к неразрушающим методам контроля (анализ может выполняться без разложения или разрушения пробы) и позволяет анализировать образцы в различном агрегатном состоянии – твердом, жидком и порошкообразном при минимальной пробоподготовке [9, 39, 47, 82, 83].

По сравнению с оптическими спектрами рентгеновские, особенно их К-серии, имеют незначительное число линий и, за редким исключением, для анализа можно использовать самые интенсивные линии, что значительно упрощает анализ в части идентификации элементов. Достоинством рентгенофлуоресцентного метода является также независимость энергии аналитических линий от химического состояния элемента. Если говорить точнее, то зависимость энергии линий рентгеновского спектра от химической связи является незначительной и существенна только для переходов, близких к валентным уровням, что в ряде случаев и является аналитическим признаком валентного состояния этих элементов [23].

Время, затрачиваемое на одно элементоопределение при использовании современного рентгеноспектрального оборудования, существенно меньше, чем при химическом анализе (при сравнимых точностях). Это достоинство приобретает особое значение при использовании метода в промышленности. Например, химическое определение примесей в сплавах в лучшем случае выполняется за 30 мин., причем в это время не включается подготовка образца к химическому анализу, а переход к рентгеноспектральному анализу тех же образцов обеспечивает получение результата через 1-2 мин.