книги из ГПНТБ / Физические основы рентгеноспектрального локального анализа
..pdfОни показали, что выражение
1 -|- С И У . А В
вполне удовлетворительно дает значения к при извест ных с, если значения аАВ специально подобраны так, что бы добиться соответствия в исследуемой системе. Расчет ад в можно сделать либо по градуировочным кривым, либо вычислением всех поправок, например, каким-либо ме тодом 3; в таком виде этот метод, по-видимому, не имеет каких-либо преимуществ, за исключением, может быть, использования градуировочных графиков. Однако некото рое преимущество может заключаться в том, что при анализе многокомпонентных систем можно использовать параметр а, образованный из величин а для бинарных систем, составленных из элементов сплава; эта возмож ность также присуща методу Зиболда и Огилви.
Общее сходство этого метода с методом Зиболда и Огилви не потребовало построения для него отдельной гистограммы.
З (1). Методы, относящиеся к этому направлению, заключаются в независимом расчете поправок на атом ный номер и на поглощение:
|
R |
J |
WAB{E)lSAB{E)]dE |
(фактор поглощения)^ к |
|
j c _ с |
АВ |
Е |
|
|
|
|
R |
Ек |
|
|
(фактор поглощения)_д ' ^ ' |
|
|
[г|)А |
(E)ISA |
(Е)\ dE |
эффект поглощения |
|
|
|
|
|
\s
()ект атомного номера
Здесь R — коэффициент эффективного значения тока, проходящего через образец, который уже рассматривался выше; он учитывает потерю некоторого числа актов иони зации атомов в результате обратного рассеяния электро
нов, |
г|э (Е) |
— эффективное |
сечение ионизации для воз |
|||||
буждения |
анализируемого |
излучения, |
S |
(Е) — тормоз |
||||
ная |
способность |
образца |
для |
электронов |
с энергией Е |
|||
[s = |
|
• Множитель, |
учитывающий эффект |
атом |
||||
ного |
номера в |
(15), рассчитывается |
с |
помощью |
ряда |
приближений.
В своем первоначальном методе Пул и Томас [19] следовали по пути, намеченному Кастеном в его первой ра-
боте. Принимая S = const (так |
что |
его |
можно |
вынести |
|||||||||
за знак |
интеграла) и |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
UAB(E)uE |
|
l\qA(E)dE |
|
= |
i, |
(16) |
|||
они |
привели |
выражение |
(15) |
к |
виду |
|
|
|
|
||||
|
|
|
, |
_ |
RAB |
SA |
(фактор |
п о г л о щ е н и я ) А В |
|
|
|||
|
|
|
|
С |
ff^ |
S д в |
(фактор поглощения)А |
^ |
' |
||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к=с |
|
*-± |
|
|
|
|
(18) |
||
|
|
|
|
|
сА*л |
+ свав |
^ а А |
) |
' |
v |
' |
||
что |
равносильно |
комбинации |
соотношений (2) и (4) Кас- |
||||||||||
тена |
и |
использованию |
допущения |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А В |
ЛАВ |
САУ-Л + |
св^в, |
|
|
(Щ |
||
где |
|
|
|
'{АВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
А |
|
|
ЛВ |
|
|
|
|
|
Значение |
S берется из |
таблиц Нелмс [20], рассчитанных |
|||||||||||
при 30 кв, |
a R (Z) определяется по эмпирической |
кривой, |
вычисленной по результатам нескольких анализов. На этом этапе предложенная поправка на эффект атомного номера еще не учитывает потенциала возбуждения ана
лизируемого излучения. |
|
||
Этот |
метод |
был вскоре усовершенствован |
Томас [1] |
с тем, |
чтобы |
учесть потенциал возбуждения. |
В усовер |
шенствованном методе по-прежнему использовалось соот ношение (17), но R уже бралось в зависимости не только от Z, а и от избытка напряжения (Е0/Ес); эта зависимость находилась путем грубой аппроксимации известных дан ных по обратному рассеянию; S по-прежнему бралось из таблиц Нелмс, но уже при Е = (Е0 -f- Ес)/2. В этом ме тоде также специально учитывалось влияние атомного номера на поправку на поглощение: h — в выражении Филибера для F (%) бралось одинаковым как для сплава, так и для стандарта; % А В при этом имело вид
ААВ |
с д + с в ( а в / а А ) |
* ; |
В отношении этого метода не было уверенности в надеж ности; все же он дает хорошие результаты, как показывает гистограмма 150 определений на рис. 9. Распространение этого метода на все 229 случаев дает гистограмму, пока занную на рис. 14.
1,5 |
I /,5 |
5,5 5,5 |
/3,5 /7,5 |
втріщате/шш |
О |
жа/ншпелыт |
|
отнешпсмная ошибка, % |
|
||
Рис. 9. Гистограмма ошибок — 150 случаев, |
метод Томас. |
Белк |
[3], исходя |
из поправки на атомный номер Пула |
и Томас |
[19] и из |
поправки на поглощение Филибера, |
существенно упростил общее выражение, сведя его к виду
|
к 1 + |
ZАВ |
|
УАВ |
- |
*А |
(22) |
|
100 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
поправка |
на атомный |
поправка на погло- |
|
|||
где |
номер |
|
щение |
|
|
||
|
= а 1 + h |
|
|
|
|
(23) |
|
|
Р |
sin |
|
|
|
||
|
|
1 + 2 / i |
|
|
|
|
|
если |
Z ^> 40 для всех |
компонентов, |
то вместо Z следует |
||||
брать Z' — 40 -f- 0,3 (Z — 40). Этот |
метод |
не дает |
хоро |
||||
ших |
результатов, когда поправка на поглощение велика, |
||||||
и Белк установил границы, за пределами которых |
можно |
ожидать ошибок более 2 % . Из 150 случаев 128 находятся в пределах этих границ; для них Белк получил гистограм-
му, показанную на рис. 10. Определения вне 2%-ного предела Белка показаны специальным обозначением. Несмотря на чрезвычайную простоту, этот метод, оче видно, дает очень хорошие результаты, и его можно пред почесть более сложным методам. Применение этого метода
Рис. 10. Гистограмма ошибок — 150 случаев, метод Белка. Квадратики с точ кой — случаи вне пределов применимости метода Белка.
ко всем 229 случаям дает гистограмму, приведенную на рис. 15; на ней также указаны определения, выходящие за 2%-ную границу Белка.
Ильин и Лосева [21] получили точно такое же упро щенное соотношение (17). Однако в этом случае R приня
то |
равным (1 — г), |
где г — коэффициент |
обратного рас |
||
сеяния, |
и S взято из таблиц Нелмс. Средние |
величины |
|||
S |
и R |
вычислялись |
порознь для сплава |
по |
весовому |
содержанию компонентов. Пул и Томас [19] показали, что согласно опыту величина | в формуле R — 1 — |г сильно отличается от единицы; следовательно, можно ожи дать, что метод Ильина не даст результатов с хорошей точностью. Теоретически также ясно, что потеря иони
зации на обратное рассеяние ( 1 — R ) не |
равна г, |
как счи |
тает Ильин, поскольку большая доля |
обратно |
рассеян- |
ных электронов еще до рассеяния внесет вклад в иониза цию, и, следовательно, их нельзя считать потерянными. Факторы поглощения он вычисляет с помощью про стого выражения, в котором фигурируют только коэф фициенты поглощения сплава и стандарта, а также сред няя глубина возбуждения излучения; эта глубина либо
оценивается |
из Ес и Е0, либо |
находится калибровкой. |
Этот метод |
еще не применялся |
к контрольным анализам. |
17.5 |
Ш |
5,5 55 |
5,5 U,i |
|
|
>15,Ь |
|
о/лріщате/ішяишндсшпе/шшя ешіика,% |
|
||
|
|
|
|
ЛМОЙШЛКЛЫЮЯ |
|
Рис. 11. Гистограмма ошибок — 150 случаев, метод Смита. |
|||||
Метод |
расчета |
S I R (17) |
предложил также |
Смит [22]; |
|
он использовал более точные кривые для R, |
полученные |
||||
Грином [23], и эмпирическое выражение для S (в основе |
|||||
которого |
лежит выражение, |
впервые предложенное Лон |
|||
гом): |
|
|
|
- t f c ) - l n < Z > ] ../ Z |
|
S = |
|
[4,7 - i - |
0,9 In ( / ? 0 |
(24) |
|
|
|
|
|
A |
|
где скобки |
< > означают среднюю величину |
для сплава |
или стандарта. Затем эти R и S использовались совместно
смассовыми коэффициентами поглощения, подогнанными
кмногочисленным микроаналитическим определениям на минералогических образцах. Таблицы этих коэффициен тов недостаточно обширны, чтобы метод Смита можно бы ло использовать для всех указанных выше контрольных
анализов, однако их отличие от данных Гейнриха [24] в основном незначительно, за исключением области боль ших длин волн. Данные Гейнриха для оценки метода Смита приводят к гистограмме, показанной на рис. 11 для 150 случаев.
|
13,5 |
S,5 |
5,5 |
1,5 І І5 |
5~5 |
5,5 |
/5,5 |
17,5 |
|
отрицательная |
О |
яолтите/ішя |
>W |
||||
Рис. 12. Гистограмма |
ошибок — 150 случаев, |
метод |
Данкамба. |
|||||
Ж-7£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
£ |
|
|
|
и |
|
|
|
|
£ |
|
|
|
Щ\ |
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
£ |
|
|
|
щ |
|
|
|
|
Ю-7_ |
|
|
|
Ш |
|
|
|
|
г_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
г_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
Е І 2 |
|
|
|
|
|
|
|
г _ |
9,5 |
5,5 |
1,5 I 1,5 |
55 |
5,5 |
15,5 |
17,5 |
|
17,5 |
13,5 |
|||||||
>Ю,5 |
|
|
|
О |
мтоштельтя |
>7#J |
втюа/телшя сишіїїа. %
Риг. 13. Гистограмма ошибок — 229 случаев метод Зиболда. А — Клейтон, О — Колби.
Распространение этого метода на 229 случаев показа но на гистограмме рис. 16.
3 (2). Более точный расчет выражения ^ [г|з (E)/S {Е)] dE
ипотерь ионизации на обратное рассеяние проведен
Данкамбом в работе [25]. При этом удалось вычислить
>18,5 |
l,j |
I (S |
AS |
-9,5 |
№ |
чприцаюшая |
0 |
|
mwmeman |
|
|
|
аттитслшюіі яш/іка, % |
|
Рис. 14. Гистограмма ошибок — 229 случаев, метод Томас.
ошибки при упрощениях расчета этих величин. Напри мер, Данкамб показал, что предположение S = const (на правление З (1)) вносит лишь небольшую ошибку. Метод расчета поправки на атомный номер по Данкамбу также удобен на практике. В выражении (17) R берется из кри вых, полученных недавно Бишопом [26], a S вычисляется по формуле
s = c o n s t < 4 > т І п ( 1 ^ ) '
где / — средний потенциал ионизации для образца, на ходимый по эмпирическому выражению
— |
15 05 (1 — e-0,072ZN і _J2 |
^_ |
||
Z |
l d > U J H |
е |
) -Г z z / 1 0 |
4 0 0 • |
Эти величины / дают наилучшее возможное определение для сплавов с известными концентрациями компонентов.
Рис. 15. Гистограмма ошибок — 229 случаев, метод Белка.
Поправка на поглощение вводится по формуле Филибера для / (х). Данкамб видоизменил ее в 1964 г. для учета избытка напряжения.
Применение этого метода к 150 случаям дает гисто грамму рис. 12; на рис. 17 показана расширенная гисто грамма для 229 случаев. Ясно, что этот метод — один из наиболее успешных.
Выводы. Общий прогресс, достигнутый с помощью различных методов, разработанных начиная с 1961 г., виден из рассмотрения гистограмм рис. 4—12; различия
|
£ |
|
|
|
|
|
г |
с |
ТВ |
К_7>7 |
ТО |
-Щ |
щ m |
с ? |
||||||
6 с р |
|
|
|
|
||
17,5 |
15,5 5,5 5,5 |
!,5 j 1,5 5,5 |
9,5 13,5 |
17,5 |
||
>18,5 |
|
отрицателмая |
|
шоштслшя |
>/8,5 |
аттсиявлытя ошиёт, %
Рис. 16. Гистограмма ошибок — 229 случаев, метод Смита.
>1SJ
Рис. 17. Гистограмма ошибок — 229 случаев, метод Данкамба.
в успехе разных методов отражены процентом случаев определений, которые отклоняются от истины в пределах
±2,5% (табл. 1).
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
|
|
Процент результатов, попадающих в пределы |
||
|
|
|
ошибки |
f 2,5% |
Метод |
|
|
|
|
|
|
150 случаев |
229 случаев |
|
Арчард |
и Мулви |
(22) **) |
|
|
Тейзен |
[12] |
(27) **) |
|
|
Тейзен |
[15] |
< 2 7 *) |
|
|
Бирке |
|
(13) **) |
|
|
Зибол-т и Огилвіг |
37 (44) |
**) |
39 |
|
Томас |
|
55 (53) |
**) |
61 |
Белк |
|
42 |
|
47 |
Данкамб |
|
53 |
|
55 |
Смит |
|
30 |
|
29 |
') Вое 150 случаев не рассчитывались, и выводы сделаны на основании анализа меныпег d числа произвольно выб эанных образцов,
**) Цифры в скобках отвечают обработке разно стным методом (см. при- ЛОЖенИЯ) С ИСПОоіьзованием старых величин коэффициентов пог.ю- щения; остальные цифры получены методом нормировки с нспользованием величин коэффициентов поглощеншя по Гейнриху.
Из табл. 1 видно, что в первом успешном методе Тейзена [12] распределение ошибок не обнаруживает асиммет рии, которая возникает при неудовлетворительном учете какого-либо фактора, однако его гистограмма размыта, нередки ошибки до 10 % и лишь 27 % определений на ходятся в пределах + 2,5%.
Более сложный метод Арчарда и Мулви [6], предло женный в 1962 г., не дает лучших результатов, так как
лишь 22% определений попадают в |
область + 2 , 5 % ; та |
||
ким |
образом, |
этот метод нельзя считать удачным. |
|
В |
1963 г. |
Бирке [14] предложил |
свой метод расчета |
поправки в несколько очень простых этапов, пригодных для ручного счета. Гистограмма показывает, что эффект атомного номера учтен неудачно и преимущество простоты
метода сводится |
на нет из-за больших ошибок; только |
13% определений |
дает ошибку в пределах 2,5%. |