Рентгенофлуоресцентный спектрометр

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Стационарный рентгенофлуоресцентный спектрометр

Рентгенофлуоресцентный спектрометр — прибор, используемый для определения элементного состава вещества при помощи рентгенофлуоресцентного анализа (РФА).

Принцип действия[править]

Метод основан на сборе и анализе спектра, полученного после возбуждения характеристического рентгеновского излучения, которое возникает при переходе атома из возбуждённого в основное состояние (см. Закон Мозли). Атомы разных элементов испускают фотоны со строго определёнными энергиями, измерив которые можно определить качественный элементный состав. Для измерения количества элемента регистрируется интенсивность излучения с определённой энергией.

Основные элементы спектрометров[править]

Обязательными элементами рентгенофлуоресцентных спектрометров являются источник возбуждения характеристического рентгеновского излучения и анализатор этого излучения. Современные приборы обязательно снабжаются программным обеспечением для определения количественного элементного состава пробы.

Для возбуждения атомов исследуемой пробы могут использоваться:

  • рентгеновская трубка, испускающая жесткое (с высокой энергией) рентгеновское излучение,
  • изотопы некоторых элементов (например: Fe-55, Cd-109, Cm-244, Am-241),
  • электроны.

При регистрации полученного спектра могут применяться:

  • кристаллы-анализаторы (монокристаллы некоторых веществ) вместе с детектором (пропорциональный, сцинтилляционный, полупроводниковый);
  • энергодисперсионные детекторы (различают фотоны по энергиям)

Наилучшим разрешением детектора на данный момент является разрешение в 123 эВ с наилучшей скоростью подсчета 3×105 импульсов в секунду.

Разновидности приборов[править]

Все приборы классифицируются про принципам возбуждения/регистрации спектров. Спектрометры с кристаллами-анализаторами, как правило, имеют гораздо более высокое разрешение и дороже приборов с энергодисперсионными детекторами.

По способу использования различают лабораторные, стационарные и переносные портативные спектрометры. Последние отличаются быстротой получения результатов, легкостью, удобством, возможностью полевых исследований, но уступают лабораторным и стационарным приборам в чувствительности и точности. В отличие от портативных приборов, специализирующихся на узком круге задач (определение состава сталей, сплавов, руд, горных пород, почв, RoHS анализ и т. п.), стационарные установки универсальны. Это связано, в первую очередь, с тем, что для надёжного количественного анализа требуется набор эталонных образцов для каждого элемента, что неосуществимо при работе с портативными установками.

Для улучшения результатов при определении лёгких элементов с порядковыми номерами меньше 20 (например, натрия, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы) используется вакуумная откачка воздуха либо продувка камеры гелием. Это вызвано необходимостью избежать поглощения воздухом рентгеновских квантов с малой энергией, испускаемых лёгкими элементами.

При регистрации тяжёлых элементов (с порядковым номерами более 56) возникает другая сложность — разные элементы имеют мало различающуюся энергию фотонов, что вынуждает применять более дорогие детекторы с высоким разрешением по энергии.

Возбуждение электронами используется при элементном анализе в растровых и просвечивающих электронных микроскопах.

Применение[править]

Рентгенофлуоресцентный спектрометр является неразрушающим экспрессным методом определения элементного состава. С ростом порядкового номера элемента чувствительность метода растёт, а ошибка определения количественного элементного состава снижается. Рядовые приборы могут определять содержание элементов со средними атомными номерами с ошибкой 0,1 %.

Рентгенофлуоресцентные спектрометры нашли применение в различных областях науки и техники:

Основные характеристики приборов[править]

  • Активная область
  • Максимальное энергетическое разрешение
  • Диапазон определяемых элементов
  • Максимальная входная скорость счёта
  • Максимальная выходная скорость счёта

Наиболее распространённые модели[править]

См. также[править]