183621. lajstromszámú szabadalom • Röntgenfluoreszcencia analizátor elrendezés
1 183 621 2 A találmány összetett minták egy vagy egynéhány elemi összetevőjének a meghatározására szolgáló röntgenfluoreszcencia analizátor elrendezése. Az elektromágneses sugárforrás által besugárzott minta másodlagos sugárzásának mérése ionizációs érzékelők, valamint alul- és felülvágó kiegyensúlyozott szűrőpár kombinációjából kialakított energiaszelektív érzékelővel történik. Sugárforrásként célszerű röntgencsövet alkalmazni. 1. Az egyik legfontosabb kémiai analitikai módszer, a röntgenfluoreszcencia analízis azon alapul, hogy a vizsgált minta atomjainak belső héjai geijesztősugárzás hatására ionizálódnak, és az ezt követő fluoreszcens röntgen sugárzás energiája jellemző a kibocsátó atomra. Meghatározva a különböző energiájú röntgensugárzások intenzitását, következtetni lehet a minta (százalékos) összetételére. A gerjesztést legtöbb esetben gamma- vagy röntgensugárzással végzik, amelyek származhatnak radioaktív forrásból vagy röntgencsőből. Töltött részekkel (elektronokkal, protonokkal stb.) történő gerjesztést speciális vizsgálatok esetén alkalmaznak. A röntgenfluoreszcencia analizátorokat három csoportba soroljuk aszerint, hogy a mintában levő elemek karakterisztikus röntgensugárzását milyen módszerrel választjuk szét: a) A hullámhossz diszperzív (kristálydiffrakciós) spektrométerek jó felbontást adnak, de kis fényerejük miatt a gerjesztés nagyteljesítményű (néhány kW) röntgencsővel történik. A minta összetevőinek karakterisztikus röntgensugárzásai meghatározott Bragg-szögeknél jelennek meg, ahol a koncentrációval arányos intenzitásuk ionizációs-, proporcionális- vagy szcintillációs érzékelővel regisztrálható. Több elem vizsgálata a kristály és az érzékelő együttes mozgatásával vagy több érzékelő egyidejű elhelyezésével oldható meg. A jó feloldás eléréséhez szükséges nagy teljesítmény és hőmérséklet stabilizálás csak nagyméretű laboratóriumi, következésképpen igen költséges berendezések építését teszi lehetővé. b) A nemdiszperzív vagy energiaszelektív röntgenspektrométerek esetében azt használják fel, hogy a különböző érzékelők az érzékeny térfogatukban elnyelődött röntgenkvantum energiájával arányos jelet adnak. A legfontosabb ilyen érzékelők az energiafelbontás csökkenő sorrendjében a félvezető (Si(Li), Ge(Li), stb.), a gáztöltésű proporcionális-, és a szcintillációs spektrométerek. Ezen spektrométerek jobb fényereje lehetővé teszi a radioaktív forrásból vagy kis teljesítményű (<10 W) röntgencsőből származó gerjesztő sugárzások felhasználását. A proporcionális- és a szcintillációs spektrométerek önmagukban nem biztosítanak olyan feloldást, amely lehetővé tenné a szomszédos elemek szétválasztását, míg a jó feloldású Si(Li) és Ge(Li) spektrométerek alkalmazását a cseppfolyós nitrogénnel történő hűtés szükségessége nehezíti meg. c) A harmadik csoportba sorolható műszereknél az energiaszelekciót nem spektrométer segítségével oldják meg, hanem két különböző elemből készített K- (vagy L-) abszorpciós-él típusú szűrővel kapott mérési eredmények különbsége adja a vizsgált sugárzás intenzitását. A szűrők anyagát úgy kell megválasztani, hogy az első ne abszorbeálja a vizsgált elem röntgensugárzását, a második pedig abszorbeálja azt. Vastagságuk megválasztásával elérhető, hogy abszorpciójuk a vizsgált tartományon kívül közel azonos legyen (kiegyensúlyozott szűrő pár). A szűrőn átmenő sugárzás (felül vágó elrendezés) helyett a szűrő fluoreszcens röntgensugárzást is detektálhatjuk (alul vágó elrendezés). Ekkor a szűrő helyett a szóró elnevezést használjuk. Szóró-elrendezés használata jelentős érzékenység-csökkenést eredményez, amit nem mindig kompenzál a háttér csökkenése. Szóró és szűrő elrendezés együttes alkalmazása is előfordul. A szűrők (vagy szórók) alkalmazása a kristálydiffrakciós spektrométerekhez hasonlóan lehetővé teszi a kis energia feloldású detektorok alkalmazását. Ezek a szcintillációs-, proporcionális-, szobahőmérsékletű Si(Li) stb. érzékelők. Az ionizációs érzékelőt, amelynél az ionizációs áram mérése belső gázerősítés nélkül valósul meg az irodalomban (K.G. Carr-Brion, X-ray Spectrometry 9/1980/184-188) röntgenfluoreszcencia analízis céljaira a részecskeszám-számlálást megvalósító érzékelőknél alkalmatlanabbnak ítélik. Az e csoportba tartozó röntgenfluoreszcencia analizátorok egyszerűbbek és olcsóbbak az első két csoportba sorolhatóknál. Széles körben alkalmazhatók a bányászatban és nyersanyagfeldolgozásban folyamatszabályozás céljaira, a kohászatban és gépiparban alapanyag és alkatrész ellenőrzésére és válogatására stb. azaz mindenütt, ahol a meghatározást üzemben vagy terepen kell végezni, és egy vagy egynéhány összetevő ismerete elegendő a döntés meghozatalára. Elterjedésüknek azonban gátat vet az, hogy a jelenleg alkalmazott mérési elrendezések sok esetben nem elégítik ki a felhasználók igényeit. Például a radioizotópos gerjesztéssel üzemelő, szcintillációs detektoros hordozható berendezések vas ötvöző it közel egy perces mérés alatt 0,2% —0,3% hibával határozzák meg (pl. „Texas Instrument” cég' gyártmányismertetőjét). Ez a pontosság elegendő a rozsdamentes acélfajták Cr, Ni tartalom alapján történő szétválogatásához, de nem megfelelő a Mn ötvözetek esetében, ahol 0,3— 0,5%-ban különböző acélfajtákat kell megkülönböztetni, vagy a gyártási minőségét ellenőrizni. Számos más példa is azt mutatja, hogy az érzékenység, azzal együtt a pontosság egy nagyságrenddel történő megnövelése hasonló arányban bővíti ki a műszer alkalmazhatósági körét. A jelen találmány célja egy olyan mérési elrendezés ismertetése, amely lehetővé teszi a fentebb vázolt magasabb igények kielégítését. 2. A találmány egyrészt azon a felismerésen alapul, hogy a jelenleg használatos röntgenfluoreszcencia analizátorok (érzékelők) nem alkalmasak a röntgencsövek által biztosított, a radioaktív forrásokhoz képest több nagyságrenddel intenzívebb gerjesztő sugárzások által biztosított előnyök kiaknázására. A kristálydiffrakciós analizátoroktól eltekintve, amelyek kis transzmissziójuk miatt eleve nagyteljesítményű (<1 kW) röntgencsövek alkalmazását igénylik, az általunk második csoportba sorolt energiaszelektív félvezető- és proporcionális spektrométerek csak néhányszor 104 s"1 detektált impulzusszámig biztosítják a szükséges energiafeloldást, a harmadik csoportba tartozó érzékelők sem képesek néhányszor ÍOV1 impulzusnál nagyobb beütésszámok feldolgozására. Mivel kis koncentrációk vizsgálatánál a teljes beütésszám döntő része a mátrixból eredhet (pl. a már említett Mn meghatározás Fe-ban) belátható, hogy a hasznos beütésszám nagyon kicsi a háttérhez képest, következésképpen a meghatározás hibája nagy lesz. Ez csak hosszú mérési idő alkalmazásával kompenzálható. 5 10 15 20 25 30 35 10 15 30 35 30 35 2
