Строительные исследования
страница - 0
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА РЕЗУЛЬТАТЫ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА ПРИ ПОЛНОМ ВНЕШНЕМ ОТРАЖЕНИИ
Краснолуцкий В.П., Ситник И.В. (isitnik@pisem.net)
Ростовский государственный университет
Метод рентгенофлуоресцентного анализа при полном внешнем отражении первичного излучения (РФА-ПВО) является перспективным, относительно молодым методом, наиболее эффективным при определении малых количеств элементов [1-2]. Абсолютный предел обнаружения метода РФА-ПВО может достигать величин меньших 1 пг [1-2]. Низкий предел обнаружения, способность одновременного определения содержаний до 30 элементов в пробе при относительно малой стоимости анализа ставят РФА-ПВО в один ряд с наиболее эффективными инструментальными аналитическими методами. Особенно явно это проявляется в области эколого-аналитических исследований и при контроле сверхчистых поверхностей [34].
Введение. В РФА-ПВО растворов и взвесей в качестве образца готовится тонкий слой сухого остатка на рентгеновском зеркале-носителе образца. B настоящее время общепринятым методом определения содержаний элементов является метод внутреннего стандарта с использованием калибровочной зависимости удельных интенсивностей от атомного номера соответствующего элемента. При этом предполагается, что на величину интенсивности не влияют состав матрицы сухого остатка, его гранулометрический состав и пространственное распределение интенсивности первичного излучения в непосредственной близости от поверхности зеркала-носителя образца. Падающее и отраженное под углом скольжения, меньшим критического, фильтрованное или монохроматизированное первичное рентгеновское излучение от рентгеновского зеркала-носителя возбуждает атомы определяемых элементов в тонком слое вещества, имеющим поверхностную плотность не более 10-7 г/см2. В соответствии с такой моделью плотность потока квантов (интенсивность Г) рентгеновской флуоресценции элемента, представляется следующим выражением (см. например [3]):
~a = KA (1 + R)CA (1 - e~*APd )/в a - KA (1 + R)CA pd ,(1) где KA- масштабный коэффициент, CA- массовая концентрация элемента A в слое толщиной d, имеющим объемную плотность p ; R- коэффициент отражения зеркала-носителя образца,
R= \r + ir "\2 ; в a = 0*1/sin Ф ) + (n lA/siny );
2arctg
fcos20 -n2
"sin0 I,(4)
щ (к1), цia - массовые коэффициенты ослабления первичного и вторичного излучений,
соответственно; у - угол отбора вторичного излучения, X1- длина волны первичного
излучения. Согласно (1) реализуется метод внутреннего стандарта в РФА-ПВО. Градуировочная зависимость для определяемого элемента A находится из выражения:
(~a / ~„) = (KA / Kst )(Ca pd) / (Cst pd) = ga (Ma / Mst ),(2)
где (st)- обозначает параметр, относящийся к элементу- внутреннему стандарту; MA-, Mst-массы определяемого элемента и элемента стандарта в образце, соответственно; gA-калибровочный коэффициент. Из выражений (1) и (2) следует, что минимальные погрешности определений должны достигаться при выполнении следующих условий: определяемый элемент и стандарт должны быть равномерно и одинаково распределены в частицах сухого остатка, имеющих одинаковую объемную плотность и размер в направлении нормали к поверхности зеркала. Существует ряд публикаций, посвященных разработке оптимальных способов получения таких слоев [5-6].
Предположим, что количество вещества, нанесенного на зеркало-носитель образца достаточно мало, чтобы заметно исказить структуру волнового поля над поверхностью зеркала. Тогда интерференция падающего и отраженного излучения определяется энергетическим коэффициентом отражения R на границе раздела вакуум-зеркало. Если падающее излучение представлено плоской монохроматической бегущей волной с направлением поляризации X-Z
(s-поляризация) и волновым вектором к =2-, то в вакууме в приповерхностной области
X
зеркала возникнет область интерференции, размер которой будет зависеть от угла падения излучения и ширины падающей плоской волны. Выделяя пересечения максимумов и минимумов падающей и отраженной волн, можно получить картину интерференции между когерентными бегущими плоскими волнами- стоячую волну с плоскостями ее минимальных и максимальных значений, располагающимися параллельно отражающей поверхности. Период D возникающей стоячей волны согласно [7,8] определяется выражением:
D = -X-(3)
2sin 0
Из этого выражения следует, что период стоячей волны растет при уменьшении угла входа излучения 0 . Но при достаточно большом расстоянии от отражающей поверхности нарушается условие когерентности падающего и отраженного излучения и происходит сложение интенсивностей без интерференции. Согласно [7], фаза между падающим и отраженным излучением может быть найдена из выражения:
где n- относительный показатель преломления материала зеркала.
Интенсивность (плотность потока) первичного излучения в вакууме над отражающей поверхностью (z < 0) в области интерференции, определяемая как квадрат абсолютной величины амплитуды электрического вектора стоячей волны согласно [7] записывается выражением:
Из выражения (5) следует, что интерференция первичного излучения быстро убывает при углах больших критического. Если в области суперпозиции падающей и отраженной волны оказываются атомы определяемого элемента, то распределение возбужденных атомов этого элемента будет определяться распределением интенсивности первичного излучения над поверхностью зеркала. Над отражающей поверхностью зеркала-носителя в результате суперпозиции падающего и отраженного излучений образуется сложная пространственная структура электромагнитного поля, представляющая собой стоячую волну [8-9]. Образование стоячей волны первичного излучения приводит к различной эффективности возбуждения атомов определяемых элементов, находящихся на разных расстояниях от поверхности рентгеновского зеркала-носителя образца. Следовательно, использование уравнений связи (1) и уравнения градуировочной зависимости (2) может привести к значительным погрешностям определений.
Настоящая работа посвящена исследованию влияния интерференции падающего и отраженного пучков первичного излучения на результаты РФА-ПВО и, основанной на этом оптимизации условий РФА-ПВО некоторых экологических объектов.
Интенсивность рентгеновской флуоресценции при РФА-ПВО. Если образец представляет собой сухой остаток раствора, распределенный на поверхности зеркала-носителя образца в виде тонкого плоского слоя вещества, достаточно шероховатого, чтобы отражением от слоя можно было пренебречь, то интенсивность флуоресценции определяемого элемента A возбуждается первичным электромагнитным полем, являющимся результатом суперпозиции падающего и отраженного излучений. Число первичных фотонов n, приходящихся на единицу поверхности за единицу времени, пропорционально квадрату комплексной амплитуды электрического вектора первичного электромагнитного поля:
где п - коэффициент, зависящий от фундаментальных постоянных. Плотность потока вторичных фотонов рентгеновской аналитической линии элемента А может быть определена из
n = \r\ \E{
(6)
выражения:
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2]