Рентгетно-флуарисцентный анализ

РФА относится к рентгено-эмисионному анализу, т. к. по схеме РЭА возникает вторичное рентгеновское излучение самого атома. Этот анализ основывается на измерении интенсивности вторичн. рентген. излучения. Интенсивность вторичн. рентген. излучения зависит от того, с какого уровня «выбит» электрон и с какого уровня переходит «выбитый» электрон на место вакансии. Для каждого химич. элемента самой интенсивной линией является k-линия, т. к. она расположена ближе всего к ядру атома. Другие линии расположены выше нее и имеют меньшую энергетику.

Изобразим электронные переходы, вызывающие излучение линии Cu, кот. обозначается Kα1. Схема электронных переходов между внутренними энергетическими уровнями.

Все эти переходы возникают при выбивании электронов с k-уровня и с последующим переходом электронов с L и M уровней. Энергия перехода равна разности энергий связей соответствующих электронов с ядром. Если рассматривать переход α1: ∆E = Ek - EL3. Для излучения линии Cu, Ek = 8,973 кэВ (килоэлектровольт). 1 эВ = 1,6022*10-10 , EL3 = 0,993 кэВ.

В РФА излучение находится в диапазоне 0,6 – 60 кэВ. Связь длины излучения λ (А0) и E (кэВ) может быть записана в виде след. зависимости: λ = 12,398E.

По аналогии с оптической атомной спектроскопией и перехода электронов, линии перехода электронов группируются в серии. Например, все линии k-серии соответствуют переходам, которые заканчиваются на k-уровне. Аналогично группируются серии линий L, M, N.

В рентгеновском спектре k-серия выглядит: (зависимость интенсивности I от энергии E)

k-серию можно наблюдать не всегда, т. к. для тяжелых металлов для возбуждения излучения k-серии требуется очень высокая энергия. В таком случае работают с линиями L-серии.

72. РС состоит из:

1) источник излучения

2) щели

3) диспергирующее устройство

4) детектор

В зависимости от пр-ла работы диспергатора различают спектрометры с волновой дисперсией и с энергетической дисперсией.

73. В классической модели РС с волновой дисперсией используют рентгеновские трубки в качестве излучателя. Действие трубки основывается на том, что излучение для возбуждения рентгеновской флуоресценции возникает в результате бомбардировки металлической мишени электронами. В состав рентгеновской трубки входят катод и анод.

Анод изготавливается из тяжелого металла, который испускает рентгеновское излучение под действием электронов. Чаще всего используют хром, молибден, золото, серебро.

Между анодом и катодом создают высокое напряжение тока порядка 60 – 80 кВ. При этом сила тока достигает 70 мАмпер.

Электроны, вылетающие из катода и ускоряющиеся под действием приложенного напряжения тока, бомбардируют анод, т. е. ударяются о поверхность анода с большой скоростью. В результате этого соударения кинетическая энергия электронов переходит в тепло, поэтому анод необходимо непрерывно охлаждать.

1% энергии электронов переходит в излучение, которое исходит из трубки через специальное окошко, выполненное из материала, не взаимодействующего с рентгеновским излучением (бериллия).

Рентгеновская трубка используется для возбуждения спектра в РЭА, РАА и РФА. Например, в РЭА анализируемый образец помещается на анод рентгеновской трубки. В результате бомбардировки электронами происходит эмиссия (излучение) рентгеновского диапазона с поверхности анализируемого образца.

74. Для диспергирования рентгеновских лучей в спектрометрах с волновой дисперсией используют К/А (кристалл-анализатор), который состоит из кристалла, определенным образом ориентированного относительно кристаллографических осей.

Атомы кристаллических веществ образуют в пространстве кристаллическую решетку. Если кристалл рассечь плоскостью, то в сечении получится ряд параллельных плоскостей, начиная от поверхности кристалла. Эти плоскости называются кристаллографическими плоскостями.

Расстояние между плоскостями d для каждого материала имеет постоянную величину и называется межплоскостным расстоянием.

При попадании пучка рентгеновских лучей на кристалл они отражаются не только от поверхности кристалла, но и от нижерасположенных плоскостей, т. к. рентгеновские лучи имеют длину волны, соизмеримую с межплоскостными расстояниями. Угол отражения этих лучей от всех плоскостей одинаков.

Взаимосвязь между межплоскостными расстояниями d, длиной волны λ, падающим излучением и углом отражения θ описывается уравнением Вульфа-Брэггов:

n*λ = 2d*sinθ,

n – порядок отражения по количеству плоскостей (целое число – 1, 2, 3…).

Произведение 2d*sinθ называется разностью хода лучей, т. к. луч, отраженный от 1-ой плоскости, проходит самый короткий путь по сравнению со 2-ым, 3-им и т. д.

Согласно этой картине рентгеновские лучи, отраженные от кристалла, разделяются на ряд параллельных лучей, т. е. наблюдается дифракция этих лучей. Таким образом, К/А работает как дифракционная решетка.

Для анализа различных элементов выбирают кристалл с подходящими межплоскостными расстояниями d. В качестве К/А используют фторид метил, топаз.