SU1702268A1 - Способ градуировки дл рентгенорадиометрического анализа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области исследовани  вещества при воздействии ионизирующим излучением. Цель изобретени  - повышение информативности анализа путем совмещени  операций определени  концентрации анализируемого элемента и плотности вещества. Градуировочные пробы с различными концентраци ми определ емого элемента и плотност ми, перекрывающими весь диапазон изменени  состава вещества, облучают гамма-излучением источника. Измер ют потоки гамма-квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассе нного на пробе первичного излучени . По результатам измерений стро т два семейства градуировочных зависимостей измеренных потоков квантов от плотности вещества при фиксированных значени х концентрации анализируемого элемента. 4 ил. Ё

Description

Изобретени  относитс  к  дерной геофизике , в частности к рентгенорадиометри- ческим методам анализа веществ сложного химического состава, например различного рода пульп, зольных углей и т.п., состо щих из однокомпонентной мешающей фазы и двухкомпонентной исследуемой фазы, в которой и требуетс  определить содержание анализируемого элемента.

Известен способ градуировки дл  рент- геноспектрального анализа, включающий облучение градуировочных проб рентгеновским излучением, измерение потоков квантов характеристического рентгеновского излучени  анализируемого элемента и рассе нного излучени  и определение уравнений св зи. Сущность способа заключаетс  в учете вли ни  плотности среды по интенсивности рассе нного излучени  с использованием уравнений множественной регрессии .

Недостатком данного способа  вл етс  ограниченный диапазон измер емых концентраций анализируемого .элемента, к тому же данный способ предусматривает только учет вли ни  вариаций содержани  твердой фазы, а дл  непосредственного определени  значений плотности среды требуютс  специальные измерени .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ градуировки дл  рентгенора- диометрического анализа, включающий облучение градуировочных проб гамма-из: лучением источника, измерение потоков квантов характеристического рентгеновского излучени  анализируемого элемента и

VI

О

го

hO О С

рассе нного излучени  и построение - раду- ировочной зависимости отношени  интенсивности характеристического излучени  к интенсивности рассе нного излучени  от концентрации анализируемого элемента.

Недостаток указанного способа заключаетс  в ограниченном диапазоне измер е- мых концентраций анализируемого элемента, поэтому он используетс , как правило только дл  научных исследований и практически непригоден дл  массового экспрессного контрол  среде большими вариаци ми содержани  твердой фазы и концентрации анализируемого элемента, а также требует дополнительных измерений плотности среды.

Цель изобретени  - повышение информативности анализа путем совмещени  опе- раций определени  концентрации анализируемого элемента и плотности вещества .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе градуировки дл  рентгенорадио- метрического анализа, включающем облучениеградуировочныхпроб гамма-излучением источника, измерение потоков квантов характеристического рентгеновского излучени  анализируемого элемента и рассе нного излучени  v. построение градуировочной зависимости, измер ют потоки квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассе нного на пробе первичного излучени  на сери х градуировочных проб с различными концентраци ми анализируемого элемента и плотност ми, перекрывающими весь диапазон изменени  состава вещества, по результатам изме- рений стро т два семейства градуировочных зависимостей потоков квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассе нного на пробе излучени  от плотности вещества при фиксированных значени х концентрации анализируемого элемента.

На фиг.1 представлены графики градуировочных зависимостей при анализе пульпы на вольфрам в выбранных ограниченных диапазонах измере мых параметров; на фиг.2 - схема устройства дл  реализации предлагаемого способа; на фиг.З - аппаратурный спектр проб пульпы с различным содержанием анализируемого элемента первого детектора; на фиг.4 - то же, второго детектора.

Сущность способа заключаетс  в одновременном определении двух параметров: плотности вещества и концентрации анализируемого элемента. Предлагаемый способ не требует специальных измерений плотности , величина ее и вли ние вариаций плотности на значение концентрации анализируемого элемента автоматически учитываютс  градуировочными зависимост мм , построенными предварительно по градуировочным пробам, выбираемым таким образом, чтобы охватить весь диапазон возможных изменений плотности среды и концентрации анализируемого элемента,

0 возникающих в ходе непрерывного технологического процесса.

Градуировочные зависимости представлены в виде двух семейств аналитических графиков NX fi(c,p ) и Np f2(c,p ),

5 где Nx-поток квантов характеристического рентгеновского излучени  анализируемого элемента; Np - поток квантов суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассе нного на пробе излучени ; р - плотность

0 вещества; с - концентраци  анализируемого элемента.

Каждое семейство графиков строитс  по нескольким сери м градуировочных проб. Отдельные серии отличаютс  между

5 собой значени ми концентрации анализируемого элемента, т.е. кажда  крива  в семействе строитс  по градуировочным пробам с одной и той же концентрацией анализируемого элемента и с разными зна0 чени ми плотности (соотношени  исследуемой и мешающей фаз).

Возьмем точку с координатами i, j на графике NX fi(c,/o ).

Координата i соответствует определен6 ной плотности р, а координата j -определенной концентрации q. Участок кривой между точками с координатами I, j и 1+1, j, апроксимируетс  пр мой линией. То же делаетс  дл  точек I.J+1 иН-1,+1. Между этими

0 апроксимирующими пр мыми строитс  семейство п пр мых с концентраци ми,расположенными равномерно между С) и cj+i с

CJ + 1 С

интервалом

п

. Это семейство пр 11

5 мых апроксимирует зависимость потока квантов характеристического излучени  от плотности дл  концентраций, расположенных в интервале Cj и CJ-H. Перебира  все I и j, получаем семейство непрерывных лома0 иых линий, апроксимирующих зависимость Ых(р ) во всем диапазоне возможных концентраций . Аналогично поступаем с графиком Np h(c,p).

Способ осуществл ют следующим об5 разом.

У исследуемой пробы измер ют поток квантов NX характеристического излучени  анализируемого элемента и поток квантов Np суммарного прошедшего через пробу и

когерентно рассе нного на пробе гамма-излучени , причем врем  измерени  задают посто нным потоком квантов характеристического излучени  реперного элемента. С помощью первого семейства кривых NX f i(c, p) дл  каждой ломаной линии с определенной концентрацией наход т, при какой плотности р 1 она принимает измеренное значение Nx. Аналогично с помощью второго семейства Np f2(c, p ) по измеренному Np наход тр2. Таким образом, дл  различных концентраций получают наборы р ти /02, определенных по двум семействам градуировочных зависимостей. Из услови  минимума значени  Ыаход т искомую концентрацию анализируемого элемента , а плотность вещества будет равна среднему междур1ир2- Путем увеличени  количества апроксимирующих ломаных линий можно увеличить точность определени  измер емых параметров.

Второй метод определени  параметров с и риз градуировочных зависимостей заключаетс  в решении системы уравнений, апроксимирующих зависимости NX fi(c,p) и Np f2(c,p). По параметру р достаточной  вл етс  аппроксимаци  степенным р дом с квадратичным членом по Дрдл  каждой концентрации си

NX(CI) «о (ct) + «1 (ci) Ар + «2 (ci) Ар2 ;

Np(C|) 0o (Cl) + 01 (Ci) Др+ fa (Cl) Ap2 , (1)

здесь Ар -р - po , гдер0- минимальна  плотность. Параметр Ар измен етс  в малых пределах (от 0 до 0,5) и это определ ет достаточность аппроксимации (1), Дл  полученных зависимостей Оо (с), «1 (с), «2 (с), 0о (с), 01 (с)„ 02 (с) по параметру с достаточной  вл етс  аппроксимаци  степенным р дом четвертой степени по с:

«о (с) «оо + «ot С + «о2 С2 + «оЗ С3 +

«о4

«1 (с) «ю + «и с + «12 c2+ ai3 c3+ aw с4;

«2 (С) «20 + «21 С + «22 С2 + «23 С3 + «24 С4;

00(с) Дю + Дл с + Д)2 с + 0оз с3 + 004 с4;

01(с) 0ю + 011 с + 012 с + 013 с3 + 014 с4;

02(С) 020 + 021 С + 022 С2 + 023 С3 + 0Z4 С4.

(2)

Определение коэффициентов аз и 0ij (30 коэффициентов) производитс  на ЭВМ из градуировочных зависимостей и заноситс  в пам ть микроЭВМ вычислительного блока.

Из (1) имеем

Ы-4 «2(«o-Nx)1/2+ $-402( )t/2 0,(3)

т.е. уравнение (3) не зависит от параметра

РОпределение параметра с производитс  из уравнени  (3) с учетом (2) по алгоритму с использованием метода последовательных приближений. В дальнейшем по любой 5 из зависимостей (1) с учетом коэффициентов (2) по найденному значению с определ ем параметр р,

Потоки гамма-квантов характеристического и суммарного прошедшего через про- 0 бу и когерентно рассе нного излучени  завис т как от состава и плотности вещества , так и от активности источника излучени , С течением времени она падает и в результат измерени  концентрации и плотности,

5 определ емый по градуировочным зависимост м , сн тым при другой активности источника , будет вноситьс  ошибка. Чтобы устранить вли ние активности источника на резупьтаты анализа, врем  измерени  пото0 ков квантов характеристического рентгеновского излучени  анализируемого элемента и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассе нного гамма-излучени  исследуемой и градуировочных проб задают

5 посто нным потоком квантов характеристического излучени  реперного элемента. Величину потока выбирают такой, чтобы обеспечить заданную статистическую погрешность измерени . С течением времени,

0 когда активность источника уменьшаетс , то же количество квантов характеристического излучени  реперного элемента будет набиратьс  за большее врем  и, следовательно , увеличитс  врем  измерени  в выбранных

5 энергетических диапазонах исследуемой пробы.

Пример. Предлагаемый способ рент- генорадиометрического анализа рассмотрим на примере определени  вольфрама во фло0 тационной пульпе с содержанием основных элементов Л/Оз 1,5%, Мо - 0,08%, Bi - 0,02% и содержанием твердого - 25-50%.

Измерени  могут проводитьс  как непосредственно на пульпопроводе при малых по5 токах пульпы, так и на отводах от пульпопровода при больших потоках. В пульпопровод или отвод врезаетс  проточна  измерительна  кювета 1 из материала, слабо поглощающего излучени  в области энергий,

0 превышающих К-линию анализируемых элеметов , и слабо подвергающегос  износу при

прохождении пульпы, например фторопласта.

Измерени  провод т с источником Со и

двум  сцинтилл ционными детекторами .

5 Nal(TI), устанавливаемыми в плоскости, перпендикул рной потоку пульпы. Источник 2 излучени  в контейнере коллиматора устанавливают на одной оси с первым тектором 3, регистрирующим суммарное прошедшее через пробу и когерентно рассе нное излучение. Второй детектор 4 располагаетс  под углом В к источнику излучени  близким к 90°, точна  величина которого определ етс  экспериментально при настройке прибора, исход  из наилучшего разрешени  пиков характеристического излучени  анализируемых элементов, особенно в области малых концентраций (пор дка долей процента) и малых значений плотности пульпы. После настройки детекторы и источник излучени  закрепл ютс  жестко и положение их не мен етс  при градуировке и работе устройства. Между источником излучени  и вторым детектором устанавливают реперный элемент 5, например слово.

Из аппаратурных спектров видно, что самый высокоэнергетический пик в спектре первого детектора (фиг.З), св занный с фотонами , рассе нными в среде под углом 1 8 0Q к источнику излучени , лежит в диапазоне энергии источника (120 кЭв), второй пик в спектре второго детектора (фиг.4) - это характеристическое излучение Ка- линии вольфрама. Интенсивности обоих пиков завис т как от концентрации вольфрама, так и от плотности пульпы (градуировочные зависимости на фиг. 1). Первый пик на фиг.4-это характеристическое излучение репарного элемента (слово). Интенсивность этого пика не зависит от состава и плотности исследуемой пульпы и определ етс  массой репер- ного элемента и его геометрическим положением.

Третий высокоэнергетический пик детектора возникает вследствие некогерент- иого рассеивани  (NH) и не используетс  в измерени х. Это св зано с возникновением неопределенности в определении параметров с л р при концентраци х вольфрама пор дка 2,5% (в этом случае в диапазоне плотностей 1,3-1,6 г/см3 дл  третьего пика

1Л 1-0) dp -0)

В энергетическом спектре выдел ютс  три энергетических диапазона - суммарное прошедшее через пробу и когерентно рассе нное излучение на I датчике, характеристические линии вольфрама и реперного элемента на 2 датчике, соответствующие трем каналам многоканального спектрометра . Области регистрации характеристического рентгеновского и рассе нного излучени  соответствуют максим мам их амплитудного распределени  в аппаоатур- ных спектрах.

При градуировке прибора берутс  градуировочные пробы с различными концентраци ми и различными плотност ми. Дл  каждого образца ведетс  подсчет количества импульсов в первом и втором выбранных энергетических диапазонах, врем  измерени  задаетс  посто нным потоком квантов характеристического излучени  реперного элемента. В результате градуировки получаем наборы данных количества импульсов в 1 и 2 каналах дл  различных плотностей и

0 концентраций пульпы. Эти наборы в виде двумерных массивов записываютс  в пам ть блока 6 управлени  на основе ЭВМ,

Измерени  на пробах пульпы провод тс  подсчетом количества импульсов в 1 и 2

5 каналах спектрометра до тех пор, пока количество импульсов в 3 канале от реперного элемента не достигнет заданной величины, например 0,75 10 импульсов. Измеренные величины, например Nx 0,89 10 импуль0 сов и Np 1,675-106 импульсов ввод тс  в ЭВМ, где по описанному алгоритму определ етс  плотность р 1,3 г/см и концентраци  вольфрама С 1.7%.

Предлагаемый способ позвол ет прово5 дить анализ одновременно нескольких элементов , которые имеют хорошо разрешимые в спектрах пики характеристического излучени , нагример Мо - W, W - Си и др.

0 Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаетс  в обеспечении возможности определ ть как концентрацию полезного компонента непосредственно по взвешенной твердой

5 фракции среды при произвольных.колебани х ее относительного весового содержани , так и плотность среды без дополнительной аппаратуры в той же кювете , что приводит к повышению эффективно0 сти управлени непрерывным

технологическим процессом, например флотации минералов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  5Способ градуировки дл  рентгенорадиометрического анализа, включающий облучение градуировочных проб гамма-излучением источника, регистрацию потоков квантов характеристического излучени  анализируемо- 0 го элемента и рассе нного излучени  и построение градуировочной зависимости, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности анализа путем совмещени  операций определени  концентрации 5 анализируемого элемента и плотности вещества , измер ют потоки квантов характеристического и суммарного прошедшего через пробу и когерентно рассе нного на пробе первичного излучени  на сери х градуировочных проб с различными концентраци ми

   анализируемого элемента и плотност ми,

   квантов характеристического и суммарного

   перекрывающими весь диапазон измене- прошедшего через пробу и когерентно рас- ни  состава вещества, по результатам изме- се нного на пробе излучени  от плотности

   рений стро т два семейства

   вещества при фиксированных значени х

   градуировочных зависимостей потоков 5 концентрации анализируемого элемента.

   /,

   t3 4,3 W ,5 tf

   вещества при фиксированных значени х

   & /Урп

   М

   U

   w/0 №%«

   /м

   t

   и

   af

   80

   10

   МО120

   Фиг.З

   МО

   ЕКэ

   Ъ,

   с- %

   90 Ј Кэб