Xarakteristik rentgen nurlarini standart rentgen spektrometrlari yordamida

xarakteristik rentgen nurlarini standart rentgen spektrometrlari yordamida o‘lchash ancha murakkab. L₃–M_5,4 (Lα) chiziq ancha qulay analitik chiziq hisoblanadi. Bu chiziqni o‘lchashga xalaqitlar bo‘lganda L₂–M₄ (Lβ) chiziqni ishlatish mumkin.
Beshta M-qobiqchalarning bittasida paydo bo‘luvchi bo‘sh joy natijasida hosil bo‘luvchi M-chiziqlar RF analizda juda kam ishlatiladi. Og‘ir elementlarning (Pb) M-chiziqlari atom nomeri Z kichkina bo‘lgan elementlarning K- va L-chiziqlarining ustiga tushishi mumkin.

33.7-§. Rentgen fluoressent spektrometriya

Rentgen fluoressensiya qattiq jismlarni bevosita element analiz qilishga imkon yaratadi.
Rentgen fluoressensiya (RF) asbobli analitik usul bo‘lib qattiq va suyuq namunalarning tarkibini element analiz qilish uchun mo‘ljallangan. Namuna rentgen nurlari bilan nurlantiriladi. Namunadagi atomlar qo‘zg‘aladi va o‘zidan xarakteristik rentgen nurlari chiqaradi. Ushbu xarakteristik nurlanishning energiyasi (yoki to‘lqin uzunligi) har bir element uchun har xil bo‘ladi. Bu o‘z navbatida sifat analizi o‘tkazish uchun asos bo‘ladi. Xarakteristik rentgen nurlarinish jarayonida element tomonidan chiqarilgan fotonlarning soni uning konsentrasiyasiga proporsional bo‘ladi va bu miqdoriy analiz o‘tkazishni ta’minlaydi.
Rentgen nurlarining xarakteristikalarini qanday o‘lchashga bog‘liq ravishda rentgen fluoressent spektrometriya to‘lqin dispersiyalik va energetik dispersiyalik spektrometriyalarga bo‘linadi.
Energiya bo‘yicha spektrga ajratuvchi spektrometrlar orqali Na dan to urangacha, to‘lqin uzunligiga qarab ajratadigan spektrometr orqali esa bordan to urangacha bo‘lgan ixtiyoriy elementni aniqlash mumkin. Yengil matrisadagi element qancha og‘ir bo‘lsa, uning aniqlash mumkin bo‘lgan konsentrasiyasini shuncha kamaytirish mumkin.
Rentgen fluoressent usul bilan miqdoriy analiz o‘tkazish uchun xarakteristik rentgen chiziqlarining intensivligini o‘lchash kerak.
Atomning yuqori energetik sathlaridan asosiy sathning bo‘sh joyiga elektron o‘tganda har doim ham rentgen nurlari hosil bo‘lavermaydi. Agar kelayotgan rentgen nurlarining energiyasi tashqi valent elektronlarni qo‘zg‘atishga va urib chiqarishga sarflansa, rentgen nurlari chiqmaydigan o‘tishlar ham uchrab turadi. Xarakteristik rentgen nurlarining hosil bo‘lishiga olib keluvchi o‘tishlar soni n_i ning umumiy o‘tishlar soniga nisbatiga fluoressensiyaning chiqishi (W) deyiladi. U, quyidagi

yarimempirik tenglamaga ko‘ra element atom nomerining ortishi bilan ko‘payadi.


_Z 4
^W Z ⁴  32.2⁴
(33.1)

Masalan, kislorodning K-chiziqlari uchun fluoressensiyaning chiqishi
0,08% bo‘lgan holda mis uchun u 0,40% ga teng. Yengil elementlarni aniqlash uchun rentgen fluoressent usulning sezgirligi kam. Shuning uchun u, atom nomeri ( ^{Z  13} ) o‘n uchdan katta bo‘lgan elementlarni aniqlash uchun ishlatiladi.
Miqdoriy analiz qilinayotgan moddaning xarakteristik rentgen
nurlanishining intensivligi quyidagi omillarga bog‘liq:
Rentgen trubkasidan chiqayotgan birlamchi rentgen nurlarining intensivligiga va uning to‘lqin uzunliklari bo‘yicha taqsimlanishiga.
Aniqlanayotgan elementning namunadagi konsentrasiyasiga, ya’ni uning atomlarini umumiy miqdoriga.
Namuna qatlamining qalinligiga. Plyonka holidagi namunaning qalinligi ortgan sari aniqlanayotgan atomlarning miqdori ortadi va qo‘zg‘atilgan atomlar chiqarayotgan rentgen nurlarining intensivligi ham ko‘payadi. Demak, qandaydir chegaragacha intensivlik qalinlikka proporsional bo‘ladi. Lekin, namunaning qalinligi ma’lum bir chegaraviy qiymatga yetgandan so‘ng uni oshirgan bilan intensivlik o‘zgarmasdan qoladi. Bu hodisa, hosil bo‘lgan xarakteristik nurlarni namuna ichida yutilishi bilan tushuntiriladi.
Namunani asosini tashkil etuvchi moddani xarakteriga, ya’ni hamroh elementlarni miqdoriga va tabiatiga bog‘liq. Bularni hammasi birgalikda matrisa effekti deyiladi. Birlamchi rentgen nurlarining bir qismi hamroh elementlar, ya’ni matrisa tomonidan yutiladi.
Rentgen fluoressent analiz o‘tkazadigan asbobning prinsipial sxemasi 33.8-rasmda keltirilgan.

qo’zg’atish spektrga yoyish qayd qilish
33.8-rasm. Rentgen fluoressent analiz o‘tkaziladigan asbobning prinsipial chizmasi. I
– atomni qo‘zg‘atuvchi qism; II – rentgen nurlarini spektrga yoyuvchi qism; III – spektrni qayd qiluvchi qism; 1 – rentgen trubkasi, 2 – namuna, 3, 5 – kollimatorlar, 4
– kristall-analizator, 6 – signalni qabul qiluvchi detektor, 7 – kompyuter.

Rentgen trubkasidan 1 chiqayotgan birlamchi rentgen nurlari 2 namunaga tushib uning tarkibiga kiruvchi atomlarni qo‘zg‘atadi. Qo‘zg‘algan atomlar o‘zidan ikkilamchi xarakteristik rentgen nurlari chiqaradi. Namunaning yuzasidan qaytayotgan, to‘lqin uzunligi har xil bo‘lgan rentgen nurlari ularning orasidan qat’iy parallel bo‘lgan qismini ajratib olish uchun 3 kollimator va o‘zaro parallel molibden plastinkalardan iborat sistema orqali o‘tkaziladi. Nurlarning parallel bo‘lmagan, yoyilib ketayotgan qismi trubkalarning ichki yuzasi tomonidan yutiladi. Namunadan kelayotgan nurlar 4 kristall-analizator tomonidan spektrga yoyiladi, ya’ni to‘lqin uzunliklari bo‘yicha taqsimlanadi. Nurlarni kristaldan qaytish burchagi ^ tushish burchagiga teng. Lekin, bunday burchak bilan to‘lqin uzunligi ^ Breg tenglamasi orqali bog‘langan nurlargina qaytadi.

  2d sin
(33.2)

Bu yerda d – kristall-analizator panjarasidagi atom tekisliklari orasidagi masofa.
Kristall-analizatorni aylantirib ^ burchakni o‘zgartirish orqali to‘lqin uzunligi turlicha bo‘lgan qaytgan nurlarni qayd qilish mumkin.
Kristall-analizator sifatida turli moddalarning kristallari ishlatiladi. Ularning ba’zilari atom tekisliklari orasidagi masofalari ko‘rsatilgan holda 33.5-jadvalda keltirilgan.

5. 
   Jadval. Rentgen fluoressent analizda qo‘llaniladigan kristall-analizatorlar.
   

Kristall	2d, nm	Kristall	2d, nm
Kvars Topaz Litiy ftor	0,1624 0,2712 0,4026	Etilendiaminditartrat Ammoniy fosfat Kaliy gidroftalat	0,8803 1,064 2,640

Agar kristall-analizator sifatida litiy ftor ishlatilsa (2d = 0.4026 nm) hamda ^ burchak 0 dan to 80⁰ gacha burilsa bu holda, qaytgan nurlarning to‘lqin uzunligi 0,068–0,394 nm oraliqqa to‘g‘ri kelishini (33.2) formula orqali oson hisoblash mumkin. Shu oraliqqa mos keluvchi K-spektr chiziqlari yordamida atom nomerlari 19 dan to 42 gacha, ya’ni kaliydan to

molibdengacha ( ^K_1 = 0.0709 nm) (33.6 jadvalga qarang) bo‘lgan
atomlarni sifat va miqdoriy analiz qilish mumkin. Etilendiaminditartrat bilan esa atom nomerlari kichkina bo‘lgan atomlarni masalan, alyuminiyni aniqlash mumkin.
Kristall-analizatordan qaytayotgan monoxromatik nurlar kollimatordan o‘tib signal qabul qiluvchi 6 qurilmaga tushadi va undan 7 kompyuterga uzatiladi. Signal qabul qiluvchi qurilma sifatida Geyger hisoblagichi, proporsional yoki ssintilyasion hisoblagichlar ishlatiladi. Rentgen fluoressent analizda qo‘llaniladigan ssintillyasion hisoblagich (inglizcha- scintillation counter), talliy aralashmasi bilan legirlangan (metalga boshqa metall qo‘shib uning fizik – kimyoviy xossalarini yaxshilash) natriy yodidning kristallaridan iborat bo‘ladi. RFA da ishlatiladigan hamma yuqori energiyali rentgen kvantlarini yutish uchun, kristalning qalinligi yetarli darajada katta qilib tayyorlanadi. Kristalga kirayotgan rentgen kvantlarining energiyasi asta- sekin kristalning atomlariga beriladi, ular esa o‘z navbatida yorug‘lik chiqaradi. Bunday yorug‘lik kvantlari birgalikda yorug‘lik chaqnashini hosil qiladi. Yorug‘lik chaqnashlarining energiyasi esa kristalga berilgan yorug‘lik kvantlarining energiyasiga proporsional bo‘ladi. Hosil bo‘lgan yorug‘lik nurlari fotokatodga tushib uning sirtidan elektronlarni urib chiqaradi. Bu elektronlar fotoko‘paytirgich yordamida tezlashtiriladi va dinodlar to‘plami yordamida ikkilamchi elektronlarni hosil qiladi. Elektronlar “ko‘chki”si natijasida ko‘paytirgichning chiqishida o‘lchanadigan signal hosil qilinadi (33.9-rasm). Hosil bo‘lgan kuchlanish impulslarining amplitudasi, xuddi gazproporsional hisoblagichdagi kabi, qayd qilinayotgan rentgen kvantlarining energiyasiga proporsional bo‘ladi.

33.9-rasm. Ssillyatsion hisoblagich va foto ko‘paytirgich.

Hozirgi vaqtda to‘liq avtomatlashgan va kompyuterga ulangan rentgen fluoressent analiz o‘tkazuvchi asboblar ham tez, ham yetarli darajada aniq ishlaydi. Rentgen fluoressent analiz usuli namunaning tarkibidagi alohida elementlarning miqdori 0,001 dan to bir necha o‘n foizgacha bo‘lganda aniqlash imkonini beradi. Boshqa fizikaviy usullar kabi bu usul ham nisbiy hisoblanadi ya’ni, analiz kimyoviy tarkibi ma’lum bo‘lgan etalonlar yordamida bajariladi. Bu usul bilan qattiq, suyuq va gaz holatidagi moddalarni analiz qilish mumkin.