Рентгеноспектральный анализ. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Рентгеноспектральный анализ - элементный анализ вещества по его рентгеновскому спектру. Качественный Р. а. выполняют по спектральному положению линий характеристич. спектра испускания исследуемого образца; его основа - Мозли закон .Количественный Р. а. осуществляют по интенсивностям этих линий. Методами Р. а. могут быть определены все элементы с ат. номерами Z > 9 (в. нек-рых случаях и более лёгкие).

Наиб. распространено возбуждение рентг. флуоресцентного спектра (вторичного спектра) образца падающим на него первичным излучением рентг. трубки. Предел обнаружения элементов по вторичным флуоресцентным спектрам составляет ~10^-3-10^-4 %; при анализе по третичным спектрам (вторичной флуоресценции), а также при возбуждении рентг. излучения протонами с энергией 1-2 МэВ предел обнаружения элементов снижается до ~10^-5-10^-6 %. Относит. точность количественного Р. а. вдали от предела обнаружения может достигать 1% и менее.

Анализ валового состава по флуоресцентному излучению образцов - высокопроизводительный (весь процесс анализа занимает 5-10 мин) и неразрушающий метод хим. анализа твёрдых тел. Р. а. производят по одной из наиб. интенсивных линий в спектре анализируемого элемента (т. н. аналитич. линии). Зависимость интенсивности I такой спектральной линии от содержания С_А элемента А в пробе (аналитич. график) может быть построена по стандартным образцам известного состава.

Рис. 1. Аналитический график при различных коэффициентах поглощения матрицы равно коэффициенту поглощения анализируемого элемента;

Исследуемая проба состоит из анализируемого элемента и матрицы - всей остальной части пробы. Вид аналитич. графика зависит от поглощат. способности матрицы и анализируемого элемента: если они одинаковы, график представляет собой прямую (рис. 1), если матрица поглощает больше (меньше), чем анализируемый элемент, то график - кривая, обращённая выпуклостью вниз (вверх). Интенсивность аналитич. линии сильно зависит от состава матрицы и гетерогенности пробы (крупности зёрен). Существуют разл. методы преодоления этих трудностей, связанные в осн. со спец. приготовлением пробы.

Один из наиб. распространённых методов Р. а.- метод внутр. стандарта состоит в том, что в пробу добавляют известное кол-во элемента В, соседнего (по периодич. системе элементов) с анализируемым элементом А. Интенсивность аналитич. линий элементов А и В, расположенных в спектре близко один от другого, с изменением состава матрицы изменяется почти одинаково. Затем строят зависимость отношений интенсивностей линий А и В от отношения их концентраций. Существует также метод, основанный на введении в пробу неск. разл. добавок

анализируемого элемента А, построении графика зависимости интенсивности I_А (за вычетом фона) от

и экстраполяции его до абсциссы, т. е. до значения I_А = 0, для отсчитывания значения -

. Искомое значение

Метод разбавления пробы нейтральной средой заключается в том, что элементом, мало влияющим на интенсивность аналитич. линии, разбавляют пробу в 5-10 раз, тем самым снижая влияние мешающих элементов; его применяют в том случае, когда содержание определяемого элемента достаточно велико.

В поточном произ-ве часто производят Р. а. на все элементы пробы, для чего служат методы внеш. стандарта, в к-рых по интенсивностям аналитич. линий и соответствующих линий стандартных образцов находят содержание элементов в пробе. Один из таких методов - метод множественной регрессии; в нём для определения концентрации С_м элемента М используют полином:

где I_Q и I_M - интенсивности линий Q-гo и M-го элементов пробы. Коэф. определяют по стандартным образцам, число

к-рых достигает неск. десятков. Малые члены полинома не учитывают, расчёты осуществляют на ЭВМ. Возможности метода ограничены необходимостью большого числа стандартных образцов и зависимостью коэф. от области концентраций. Метод теоретич. поправок предполагает аддитивность поправок, вносимых каждым элементом матрицы в интенсивность аналитич. линии. Если интенсивность аналитич. линии элемента А в пробе I_А, а эталоне I_А,эт, то в первом приближении концентрация

В том случае, когда концентрации элемента М в пробе и в эталоне мало отличаются одна от другой

, концентрацию С_А находят по ф-ле:

где а_АМ - поправка на элемент М; такие поправки могут быть найдены теоретически для каждой пары AM элементов. Концентрацию С_А находят с помощью последоват. приближений, в расчётах используют ЭВМ.

В методе фундам. параметров используют точную аналитич. зависимость интенсивности аналитич. линии элемента от осн. физ. параметров пробы, найденную для смешанного характеристич. и тормозного первичного излучения рентг. трубки.

Рис. 2. Зависимость предела обнаружения С_мин от атомного номера элемента Z при анализе по линиям К и L-серий.

Предел обнаружения концентраций С_мин при флуоресцентном Р. а. зависит от ат. номера Z элемента и от серии (К и L), к к-рой принадлежит аналитич. линия (рис. 2). Методы флуоресцентного Р. а. нашли применение на обогатит. фабриках цветной металлургии (для экспрессного анализа продуктов флотации, определения меди в шлаках), в чёрной металлургии (для анализа руды, кокса, сплавов, сталей разных марок), на цементных заводах (для анализа сырьевых смесей) и т. д. Разработаны также методы Р. а. с возбуждением спектра радиоактивным излучением (рентгено-радиометрич. анализ); соответствующая аппаратура малогабаритна, её вес невелик. Эти методы используют в полевых условиях, с их помощью осуществляют каротаж скважин. Методами флуоресцентного Р. а. определяют состав и толщины тонких плёнок, для чего разработано неск. итерационных методов. Анализ жидкости (напр., нефти на содержание серы) осуществляют по поглощению ею рентг. излучения, к-рое измеряют рентг. фотометром.

Рентгеновский микроанализ (локальный анализ) участков пробы ~1-3 мкм² выполняют с помощью электронного зонда в микроанализаторе. Электронный зонд формируют с помощью электростатич. и магн. фокусировки до сечения диам. ~1 мкм. Анализ осуществляют по рентг. излучению образца, к-рое разлагают в спектр с помощью рентг. спектрометра. В этом методе вводят поправки на Z определяемого элемента, поглощение его излучения в пробе и его флуоресценцию, возбуждаемую тормозной компонентой излучения и характеристич. излучениями др. элементов в пробе. Микроанализ применяют при исследованиях взаимной диффузии 2- и 3-компонентных систем, процессов кристаллизации, локальных флуктуациях состава сплавов и т. д.

Литература по рентгеноспектральному анализу

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.