Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор

Полезная модель относится к средствам рентгенофлуоресцентного спектрального анализа. Устройство включает источник рентгеновского излучения, блок селективных рентгеновских фильтров, коллиматор, держатель образца, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, энергодисперсионный детектор флуоресценции, аналого-цифровой преобразователь сигналов детектора в спектр флуоресценции, блок обработки спектра флуоресценции, программно-ориентированный блок управления. Новым является установка в вакуумируемой измерительной камере дополнительно детектора регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения с обеспечением регистрации максимума интенсивности регистрируемого рентгеновского излучения, и установка в вакуумируемой измерительной камере энергодисперсионного детектора флуоресценции в области регистрации минимума углового распределения выхода некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, при этом коллиматор, энергодисперсионный детектор флуоресценции и детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения установлены с обеспечением пересечения оптических осей в одной точке на облучаемой поверхности образца, а расстояния от облучаемой поверхности образца до окна коллиматора, а также до входных окон упомянутых детекторов выбраны в соответствии с размером окна коллиматора. Достигается повышение точности измерений за счет снижения влияния матричного эффекта в материале образца и оптимизации рентгенооптической схемы устройства, позволяющей также миниатюризировать устройство. 1 н.п.ф-лы 15 з.п.ф-лы 2 илл.

Полезная модель относится к средствам исследования и анализа материалов методом рентгенофлуоресцентного спектрального анализа с использованием энергодисперсионного спектрометра и может быть применена для элементного анализа вещества.

Известно, что под действием падающего рентгеновского излучения, испытывающего в материале облучаемого образца когерентное и некогерентное рассеяние на электронных оболочках атомов вещества, в нем возбуждается вторичное характеристическое излучение вещества образца (флуоресцентное излучение, флуоресценция), обусловленное селективным фотопоглощением падающего и рассеянного излучения атомами вещества, имеющее линейчатый спектр, образованный сериями флуоресцентных квантов определенной энергии для каждого химического элемента, и изотропное по направлению. Одновременно в материале образца происходит когерентное и некогерентное рассеяние квантов полихроматического первичного спектра рентгеновской трубки, имеющего тормозную природу и характеризующееся анизотропией рассеяния, с выделением преимущественных направлений - углов рассеяния. Такой спектр является фоновым для линейчатого спектра флуоресценции атомов вещества. Интенсивность флуоресценции атомов вещества является мерой массовой доли соответствующего элемента в материале образца, что позволяет провести его количественный анализ, точность которого, особенно в случае многокомпонентных сред и межэлементного взаимодействия, зависит также и от учета вклада анизотропного фонового излучения.

Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор регистрирует спектр флуоресценции в форме зависимости полного электрического заряда на чувствительном элементе (полупроводниковый кристалл) от энергии падающего на образец рентгеновского излучения. Использование в анализе сканирования образца потоками рентгеновского излучения различной энергии обеспечивает последовательно возбуждение флуоресценции элементов с различными атомными номерами, однако сопутствующая суперпозиция спектральных линий различных серий соседних элементов в аналитических пиках снижает точность анализа в отношении идентификации состава и определения содержания элементов в пробе. Для учета влияния некогерентно рассеянного излучения (фон) на флуоресценцию сопутствующих элементов, возбуждения близких спектральных линий различных элементов, многократного рассеяния некогерентного рентгеновского излучения в объеме материала, а также влияния учета влияния среды на характеристики аппаратуры и временных факторов стабильности измерений используют такие средства, как математические методы учета наложения близкорасположенных линий, фильтрация вторичного излучения, стабилизация характеристик источника рентгеновского излучения и средств детектирования, подготовка проб и др.

Известен рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий источник рентгеновского излучения, держатель образца, детектор энергодисперсионного типа, и программно-управляемый блок регистрации с устройством формирования спектра флуоресценции и решающим устройством обнаружения целевого элемента (свинца) в пробе по пикам аналитических сигналов, соответствующих целевому элементу /JP 2007003331, G01N 23/223/. Использование программной обработки спектра флуоресценции обеспечивает повышение точности анализа за счет учета вклада сопутствующих элементов, однако аналитические расчеты при усложнении методики приводят к увеличению времени анализа для обеспечения требуемого повышения точности измерений (см.также US 6563902, G01N 23/223).

Известны промышленно выпускаемые рентгенофлуоресцентные энергодисперсионные анализаторы (спектрометры.)

Известен рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор EPSILON 5, выпускаемый фирмой PANalitical (проспект фирмы «Аналитические Экс-Рей Системы - АЭРС/AXRS», 2006 г.), предназначенный для измерения концентраций элементов от натрия Na до урана U в пределах от ppm до 100% в пробах различных типов (твердых, порошкообразных, жидких, пленочных) и размеров (до 51,5 мм в диаметре и 33 мм по высоте). Устройство включает источник рентгеновского излучения - рентгеновскую трубку с анодом из гадолиния Gd, снабженную внутренним водяным охлаждением; генератор высокого напряжения с воздушным охлаждением; оптическую схему формирования рентгеновского луча, содержащую первичные фильтры рентгеновского пучка (до 5 фильтров - алюминий, медь, цирконий, молибден), поляризующую оптику с 3D-геометрией, обеспечивающую получение поляризованного рентгеновского излучения, вторичные мишени (до 15); измерительную камеру, в которой размещены держатель образца с устройством вращения, загрузчик образцов (до 133 проб), детектирующая система в виде полупроводникового германиевого Ge или кремниевого Si детектора с охлаждением соответственно жидким азотом или посредством элемента Пельтье, а также блок управления и регистрации на базе персонального компьютера с программным обеспечением, позволяющим проводить количественный анализ с использованием регрессионного анализа или бесстандартный количественный анализ по методу фундаментальных параметров в виде сравнения данных концентраций с расчетными данными для различных материалов (уголь, сталь и др.). Благодаря применению поляризующей оптики, подавляющей некогерентное рассеянное излучение, устройство обеспечивает 10-кратное снижение фона, что повышает чувствительность при анализе тяжелых элементов и приводит к высокому разрешению аналитических линий. Однако конструкция поляризующей оптики чувствительна к тепловым нагрузкам, что влияет на характеристики рентгеновского пучка, падающего на образец, и снижает стабильность условий возбуждения флуоресценции, а используемое программное обеспечение приводит к довольно длительной процедуре анализа.

Известен рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор с полупроводниковым детектором (бескристальный) БРА-18, выпускаемый НПП «Буревестник» (проспект фирмы НПП «Буревестник», Санкт-Петербург), предназначенный для определения содержания химических элементов, включающий размещенные в корпусе источник рентгеновского излучения, оптическую систему формирования рентгеновского луча, блок селективных рентгеновских фильтров, коллиматор, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, держатель образцов (одновременно загружается 10 образцов), полупроводниковый детектор, в качестве которого используют кремниевые Si-детекторы (Si-pin или Si (Li)) с термоохлаждением на основе эффекта Пельтье, аналого-цифровой преобразователь сигналов детектора в спектр флуоресценции образца, а также блок управления прибором и обработки спектра с программным обеспечением, которое позволяет проводить калибровку прибора и количественный анализ проб, в том числе, безэталонный. Расчет концентраций химических элементов в образце производят по интенсивностям аналитических линий с использованием предварительно построенной градуировки или методом фундаментальных параметров. Однако эффективность регистрации высокоэнергетического излучения такими детекторами недостаточна, т.к. в энергетическом спектре пики, соответствующие когерентно и некогерентно рассеянному характеристическому излучению, формируются с недостаточной статистикой из-за малой толщины кристаллов кремния в таких детекторах (А.А.Веригин и др. В сборнике «XVI Уральская конференция по спектроскопии. Тезисы докладов., 2000, с.104), что в итоге приводит к недостаточной точности измерений, что ухудшает эксплуатационные характеристики прибора.

Известный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий наружный корпус, источник рентгеновского излучения (ИРИ), набор селективных рентгеновских фильтров, коллиматор, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, держатель образцов, энергодисперсионный детектор флуоресценции, аналого-цифровой преобразователь сигналов энергодисперсионного детектора флуоресценции в спектр флуоресценции, блок обработки спектра флуоресценции и программно-ориентированный блок управления, выбран в качестве наиболее близкого аналога полезной модели.

Задача полезной модели состоит в улучшении эксплуатационных характеристик за счет повышения чувствительности и точности определения содержания химических элементов в пробе, уменьшения времени анализа и оптимизации оптической схемы устройства.

Задача решена тем, что рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий наружный корпус, источник рентгеновского излучения, оптическую систему формирования рентгеновского луча, набор селективных рентгеновских фильтров, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, держатель образцов, коллиматор, энергодисперсионный детектор флуоресценции, аналого-цифровой преобразователь сигналов энергодисперсионного детектора в спектр флуоресценции, блок обработки спектра флуоресценции, а также программно-ориентированный блок управления, в соответствии с полезной моделью, снабжен детектором регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, установленным в вакуумируемой измерительной камере с обеспечением регистрации максимума интенсивности некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, энергодисперсионный детектор флуоресценции установлен в вакуумируемой измерительной камере в области регистрации минимума углового распределения выхода некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, при этом коллиматор, энергодисперсионный детектор флуоресценции и детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения установлены с обеспечением пересечения оптических осей в одной точке на облучаемой поверхности образца, а расстояния от облучаемой поверхности образца до окна коллиматора, а также до входных окон упомянутых детекторов выбраны в соответствии с размером окна коллиматора.

Кроме того, источник рентгеновского излучения включает рентгеновскую трубку с анодом, содержащим родий Rh, а детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения включает молибденовый Мо фильтр, люминофорный экран и фотоприемник.

Кроме того, набор селективных рентгеновских фильтров снабжен автоматизированной системой позиционирования.

Кроме того, набор селективных рентгеновских фильтров размещен на поворотном диске в ячейках.

Кроме того, набор, селективных рентгеновских фильтров снабжен механизмом блокировки открытия вакуумируемой измерительной камеры в режиме измерения.

Кроме того, в качестве энергодисперсионного детектора флуоресценции использован энергодисперсионный полупроводниковый детектор с электронной системой усиления и формирования сигналов.

Кроме того, в вакуумируемой измерительной камере окно для облучения образца размещено на верхней панели камеры.

Кроме того, держатель образца установлен в отъемной крышке с образованием камеры образца, механически и оптически сопряженной с вакуумируемой измерительной камерой.

Кроме того, держатель образца снабжен механизмом вращения.

Кроме того, держатель образца выполнен в виде автоматического сменщика образцов.

Кроме того, вакуумируемая измерительная камера соединена с системой подачи гелия Не.

Кроме того, в вакуумируемой измерительной камере выполнено прозрачное герметичное окно для визуального контроля за образцом.

Кроме того, вакуумируемая измерительная камера снабжена источником освещения, в частности, светодиодным.

Кроме того, блок обработки спектра включает аналогово-цифровой преобразователь и многоканальный анализатор.

Кроме того, наружный корпус выполнен со съемной верхней панелью со средствами крепления к ней вакуумируемой измерительной камеры в сборе.

Кроме того, в наружном корпусе размещена система вентиляции.

Техническим результатом полезной модели является снижение порога соотношения «сигнал-шум» и влияния матричного эффекта за счет учета некогерентно рассеянного в пробе анизотропного рентгеновского излучения, т.к. регистрация и учет некогерентно рассеянного в объеме образца первичного рентгеновского излучения с известным угловым распределением выхода совместно с регистрацией рентгеновской флуоресценции позволяет провести калибровку пиков аналитических сигналов флуоресценции по интенсивности некогерентно рассеянного излучения в характеристической линии анода рентгеновской трубки Rh К, пропускаемой Mo-фильтром, при каждой заданной величине рентгеновских квантов, облучающих образец, что позволяет корректно учитывать фон, повысить тем самым точность анализа и сократить время анализа. Обеспечение оптимального стационарного положения источника рентгеновского излучения и обоих детекторов относительно образца улучшает условия возбуждения флуоресценции вследствие уменьшения влияния среды и позволяет минимизировать объем измерительной камеры.

Сущность полезной модели поясняют фиг.1, на которой представлена схема устройства, фиг.2, на которой представлена упрощенная рентгенооптическая схема устройства, результаты анализа материалов с использованием заявляемого устройства представлены в Таблице 1.

Устройство содержит (фиг.1) наружный корпус 1, размещенные в нем вакуумируемую измерительную камеру 2, источник рентгеновского излучения (ИРИ) 3 на основе рентгеновской трубки, сопряженный с рентгеновской трубкой в составе ИРИ 3 набор селективных рентгеновских фильтров 4 и коллиматор рентгеновского излучения 5, обеспечивающий облучение образца, установленного в держателе образца 6, сопряженном над окном для облучения образца 7, выполненным на верхней панели измерительной камеры 2. В измерительной камере 2 установлены энергодисперсионный детектор регистрации флуоресценции 8 и детектор 9 для регистрации некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения. Детекторы 8 и 9 соединены с блоком обработки спектра флуоресценции 10, который включает аналого-цифровые преобразователи и многоканальный анализатор. Держатель образца 6 расположен под отъемной (откидной) крышкой 11, за счет механического сопряжения которой с верхней панелью измерительной камеры 2 образуется камера образца 12, представляющая собой замкнутый объем, в котором можно создать гелиевую среду или вакуум. Нормальное положение крышки 11 - закрытое, она открывается только на время смены образца, причем механизм открывания крышки (на фиг.1 не показан) имеет механическую блокировку, не позволяющую открывать крышку 11 при включенной рентгеновской трубке. Держатель образца 6 снабжен механизмом вращения 13, обеспечивающим проведение информативного анализа образца, а также может быть выполнен известным образом в виде автоматического сменщика образцов (автосамплер). Устройство включает также программно-ориентированный блок управления 14 на базе персонального компьютера, посредством которого через плату коммутации, установленную внутри наружного корпуса 1 (на фиг.1 не показана), производится управление функциональными системами анализатора.

Наружный корпус 1 выполнен в виде каркаса со стенками и съемной верхней панелью, к которой снизу крепится измерительная камера 2 в сборе, что обеспечивает быстрый доступ к системам устройства при необходимости. Дополнительно в корпусе 1 смонтирована система вентиляции (на фиг.1 не показана), обеспечивающая охлаждение ИРИ 3, детекторов 8 и 9, а также элементов электрической схемы, выделяющих тепло при работе устройства.

Вакуумируемая измерительная камера 2 имеет небольшой объем (не более 200 см³), окно 7 для облучения образца размещено на ее верхней панели 15, а набор селективных рентгеновских фильтров 4, коллиматор 5, и детекторы 8 и 9 крепятся вакуумно плотно к стенкам камеры 2 и размещены таким образом, чтобы окно коллиматора и входные окна детекторов находились на расстоянии порядка ширины пятна коллимированного рентгеновского излучения (8-10 мм), которая соответствует размеру окна коллиматора, от плоскости облучаемой поверхности образца, что минимизирует влияние среды на результаты исследований.

Измерительная камера 2 снабжена штуцерами для подключения канала регулируемой подачи гелия Не от внешнего баллона с редуктором и канала системы вакуумирования в зависимости от вида образца (на фиг.1 не показаны). Так, для проведения измерений в условиях разряжения (до 1 мм рт. ст.) камера образца 12 вакуумно-плотно прижата к верхней панели 15 камеры 2 через резиновое уплотнение, откачка воздуха из замкнутого объема, образованного камерой образца 12 и измерительной камерой 2, производится через герметичный штуцер и систему клапанов, предотвращающих скачки давления в камере, а при невозможности откачать воздух из этого объема из-за размера объекта или при анализе жидких образцов (вскипающих при понижении давления) измерительную камеру 2 заполняют инертным газом (гелием) под избыточным давлением 1,1-1 атм на время проведения измерений.

Для визуального контроля за образцом в процессе измерений с использованием, например, ВЭБ-камеры, в измерительной камере 2 может быть выполнено дополнительно прозрачное герметичное окно и установлены источники освещения, в частности, светодиоды, подключенные к внешнему источнику питания через вакуумноплотный разъем (на фиг.1 не показаны).

Наличие отъемной крышки 11 камеры образца 12 позволяет производить ручную или автоматическую установку образцов в камеру 12 для исследования. При ручной установке и измерении образцов камеру образцов 12 можно перемещать по поверхности верхней панели 15 измерительной камеры 2 для установки заданного участка поверхности образца, укрепленного в держателе 6, в пределах окна для облучения образца 7. В качестве держателя образца 6 могут быть использованы кюветы, закрытые снизу синтетической (например, лавсановой) пленкой, в них удобно размещать порошковые, прессованные, жидкие пробы, объекты произвольной формы, а механизм вращения 13 держателя образца 6 обеспечивает последовательную установку кювет в зону измерений. Автоматическая установка образцов в кюветах в камеру 12 производится с помощью манипулятора с механизмом смены проб (на фиг.1 не показаны), обеспечивающего перемещение их по трем ортогональным осям посредством шаговых двигателей в зону измерений и извлечение из камеры 12.

Источник рентгеновского излучения 3 на основе рентгеновской трубки с системой воздушного охлаждения крепится снизу к верхней панели наружного корпуса 1 так, чтобы поток рентгеновского излучения через селективный фильтр из набора селективных рентгеновских фильтров 4 попадал в коллиматор 5 и после него - на изучаемый объект, а тепло, отбираемое от рентгеновской трубки, отводилось за пределы наружного корпуса 1.

Набор селективных рентгеновских фильтров 4 размещен на поворотном диске в ячейках, каждый из фильтров селективно поглощает рентгеновское излучение соответствующего энергетического диапазона, причем один из фильтров является заглушкой и запирает рентгеновский канал при смене проб, а одна ячейка в наборе 4 оставлена пустой для выполнения прямого рентгеновского облучения. Набор селективных рентгеновских фильтров 4 снабжен также механизмом блокировки открытия измерительной камеры 2 на время проведения измерений (на фиг.1, 2 не показан), что обеспечивает безопасность работы анализатора и сохранение характеристик среды в измерительной камере 2. Установка требуемого селективного фильтра в рабочее положение производится шаговым двигателем с помощью автоматизированной системы позиционирования по сигналу контроллера блока управления 14.

Энергодисперсионный детектор флуоресценции 8 размещен в области углов, в которой ожидается минимум фона, образованного некогерентно рассеянным на образце первичным рентгеновским излучением, что снижает его влияние на измерение рентгеновской флуоресценции и повышает соотношение «сигнал-шум». Он укреплен в измерительной камере 2 так, как описано выше. В качестве детектора флуоресценции 8 может быть использован, в частности, Si-полупроводниковый дрейфовый детектор с электронной системой усиления и формирования сигналов и с электрохлаждением на основе элементов Пельтье (например, малогабаритные детекторы фирмы «КЕТЕК», имеющие окно из бериллия Be толщиной 12 (8) мкм).

Детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 установлен в измерительной камере 2 в области, обеспечивающей регистрацию максимума анизотропного некогерентно рассеянного рентгеновского излучения, и регистрирует часть тормозного, рассеянного на образце рентгеновского излучения (фоновое излучение) и некогерентно рассеянное на образце первичное рентгеновское излучение в характеристической линии материала анода рентгеновской трубки - линии Rh К, которая является наиболее сильной в регистрируемом спектре некогерентно рассеянного рентгеновского излучения и превышает фон в десятки раз. Это позволяет калибровать уровень фона, учитывать его при суперпозиции с аналитическими сигналами флуоресценции и калибровать аналитические линии флуоресценции. Детектор 9 содержит цилиндрический корпус, в котором установлены молибденовый Mo-фильтр, в полосу пропускания которого попадает излучение линии Rh К, люминофорный экран, регистрирующий кванты некогерентно рассеянного рентгеновского излучения, и фотоприемник, преобразующий импульсную засветку люминесцентного экрана в электрические импульсы, которые далее поступают в блок обработки спектральной информации 10.

Для повышения надежности и точности измерений необходимо установить коллиматор 5, энергодисперсионный детектор флуоресценции 8 и детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 таким образом, чтобы обеспечить пересечение оптических осей в одной точке на облучаемой поверхности образца. С учетом того, что расстояния от облучаемой поверхности образца у окна 7 до окна коллиматора 5, а также до входных окон упомянутых детекторов 8 и 9 выбраны в соответствии с размером окна коллиматора 5, возможно фиксировать положение детекторов в измерительной камере 2 на минимальных относительных расстояниях, что дает оптимальную рентгенооптическую схему и миниатюризацию устройства (фиг.2).

Устройство используют следующим образом. Образец устанавливают в держатель 6 таким образом, чтобы облучаемая поверхность была параллельна плоскости верхней панели 15 измерительной камеры 2 над окном для облучения образца 7, и закрепляют в держателе 6 в строго определенном положении. При этом исключается влияние элементов конструкции на результаты измерений. Для анализа подготовленные пробы (порошковые, прессованные, жидкие, объекты произвольной формы) укладывают в кюветы и при ручной установке обеспечивают попадание на них центра пятна рентгеновского излучения, при этом канал рентгеновского излучения закрыт. Затем камеру образца 12 закрывают и в случае проведения анализа пробы на легкие элементы ее вакуумируют (разрежение порядка 1 мм рт. ст.), а в случае анализа жидких проб и невозможности вакуумирования ее заполняют гелием Не, обдувая им образец. Рентгеновское излучение ИРИ 3 с заданной энергией квантов через выбранный селективный фильтр из набора селективных рентгеновских фильтров 4 направляют на поверхность исследуемого образца для возбуждения флуоресцентного излучения соответствующих химических элементов в материале образца. Регистрацию энергетического спектра флуоресценции и рассеянных квантов флуоресценции производят энергодисперсионным полупроводниковым дрейфовым детектором флуоресценции 8 в виде зависимости принимаемого потока рентгеновского излучения от энергии падающего рентгеновского излучения. Одновременно при тех же физических условиях в измерительной камере 2 детектором регистрации некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения 9 с молибденовым Мо-фильтром регистрируют интенсивность характеристической линии Rh Кa материала анода рентгеновской трубки. По ширине профиля этой линии и известной энергии ее возбуждения определяют энергетическое разрешение детектора 8 и энергию возбуждения регистрируемой линии химического элемента с использованием специализированного оригинального программного обеспечения. С учетом сказанного, рентгенооптическая схема взаимного расположения каналов детекторов 8 и 9 относительно коллиматора 5 и образца (фиг.2) оптимизирована и фиксирована следующим образом: при диаметре падающего коллимированного пучка рентгеновского излучения 8 мм

- угол падения коллимированного пучка рентгеновского излучения на плоскость образца (угол между осью коллиматора 5 и плоскостью образца) составляет 45°,

- угол между осью коллиматора 5 и осью энергодисперсионного детектора флуоресценции 8 составляет 55°,

- расстояние между плоскостью окна энергодисперсионного детектора флуоресценции 8 и плоскостью образца составляет 23 мм,

- угол отбора излучения флуоресценции составляет 80°,

- угол между осью коллиматора 5 и осью детектора некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 составляет 103°,

- угол отбора некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения составляет 33°.

Проверка эффективности учета некогерентно рассеянного рентгеновского излучения на результаты измерений производилась путем измерения спектров контрольных образцов (КО) на основе борной кислоты Н₃ВО₃ (Z_эф=7,2) (далее KO1) и окисла кальция CaO (Z _эф=16.6) (далее КO2), содержащих мас.%: 1, 3, 5, 10 хрома Cr и моделирующих «легкую» и «тяжелую» матрицы. Измерения проводили при следующих условиях: напряжение на рентгеновской трубке 3 с анодом из родия Rh 40 кВ, анодный ток и фильтр подобраны по требуемой загрузке детектора некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения - 15000 имп/сек, время измерения - 100 с для KO1 и 300 с для КO2, атмосфера в измерительной камере 2 - воздух, энергодисперсионный полупроводниковый дрейфовый детектор флуоресценции 8 установлен в измерительной камере 2 в положение, соответствующее минимуму углового распределения выхода некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения в линиях родия Rh, а детектор регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения 9 установлен в измерительной камере 2 с обеспечением регистрации максимума интенсивности некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения, для подавления когерентно рассеянного на пробе первичного излучения родия в линии Rh К использован селективный фильтр из молибдена Мо, пропускающий некогерентно рассеянное рентгеновское излучение материала анода.

По измеренным спектрам для KO1 и КO2 и данным о пиковых интенсивностях аналитической линии Сr Кa определяли (известным образом) расчетные концентрации хрома Сr в контрольных образцах 1 и 2, имеющих априори одинаковую концентрацию искомого элемента, без учета (С*1, С*2) и с учетом (С**1, С**2) некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, а также соотношение расчетных концентраций для образцов 1 и 2 (С*1/С*2, С**1/С**2), характеризующее матричный эффект состава вещества в результатах расчетов.

Учет некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения является эффективным, если он приводит к снижению влияния матричного эффекта, обусловленного составом вещества образца, что выражается в близости расчетных концентраций искомого вещества в пробах. Результаты таких исследований образцов КО 1 и КО 2 и расчет содержания концентрации хрома Сr в пробах КО 1 и КО 2 без учета и с учетом поправки на вклад некогерентно рассеянного первичного рентгеновского излучения представлены в таблице 1.

Таблица 1
Заданная	Расчетная концентрация хрома	Расчетная концентрация хрома Сr
концентрация	Сr в пробе без учета	в пробе с учетом некогерентно
хрома Сr в	некогерентно рассеянного	рассеянного рентгеновского
пробе	рентгеновского излучения		излучения
	С*1	С*2	С*1/С*2	С**1	С**2	С**1/С**2
	(К01),	(КO2),		(KO1),	(КO2),
	мас.%	мас.%		мас.%	мас.%
С ном., мас.%
1	8.64	1.00	8,64	1,03	1,03	1
3	21.95	3.01	7,29	3,02	3,67	0,82
5	33.37	5.13	6,50	5,06	5,94	0,85
10	54.1	10.31	5,24	11,32	12,19	0,93

Результаты исследований, проведенных на описанном устройстве, показали, что учет некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения позволяет с достаточной точностью судить о концентрации искомого вещества в пробе, расчетные содержания искомого элемента в пробах незначительно отличаются от их истинного значения, что говорит о повышении чувствительности и точности анализатора.

Дополнительные исследования показали, что линейность энергетической шкалы в диапазоне энергии 5,4-14,16 кэВ составляет 0,24% при цене деления 0,0078, а погрешность измерения скорости счета составляет 0,8%.

Энергетическое разрешение аналитических линий калия К - 111 эВ (K K 3,31 кэВ), кальция Са - 131 эВ (Са К 3,69 кэВ), марганца Мn - 158 эВ (Мn К 5,90 кэВ), никеля Ni - 159 эВ (Ni L 7,4 кэВ), молибдена Мо=260 эВ (Mo К 17,5 кЭв).

Статистический предел обнаружения элемента по линии кобальта Со К, масс.%, равен 0,00025 за период 100 сек и 0,00007 за период 1000 сек.

Достигнутые характеристики обеспечивают высокую точность и воспроизводимость измерений, сравнимую с показателями лучших моделей аналогичных устройств (для сравнения: рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр Epsilon 5 фирмы PANalytical обеспечивает энергетическое разрешение не более 165 эВ на К линии Мn), а также высокую скорость проведения анализа, а фиксированная геометрия рентгенооптической схемы устройства позволяет существенно уменьшить размеры устройства при сохранении качества анализа.

1. Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор, включающий наружный корпус, источник рентгеновского излучения, блок селективных рентгеновских фильтров, коллиматор, держатель образца, вакуумируемую измерительную камеру с окном для облучения образца, энергодисперсионный детектор флуоресценции, аналого-цифровой преобразователь сигналов детектора в спектр флуоресценции, блок обработки спектра флуоресценции, программно-ориентированный блок управления, отличающийся тем, что он снабжен детектором регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, установленным в вакуумируемой измерительной камере с обеспечением регистрации максимума интенсивности некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, а энергодисперсионный детектор флуоресценции установлен в вакуумируемой измерительной камере в области регистрации минимума углового распределения выхода некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения, при этом коллиматор, энергодисперсионный детектор флуоресценции и детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения установлены с обеспечением пересечения оптических осей в одной точке на облучаемой поверхности образца, а расстояния от облучаемой поверхности образца до окна коллиматора, а также до входных окон упомянутых детекторов выбраны в соответствии с размером окна коллиматора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник рентгеновского излучения включает рентгеновскую трубку с анодом, содержащим родий Rh, а детектор для регистрации некогерентно рассеянного на образце первичного рентгеновского излучения включает молибденовый Мо фильтр, люминофорный экран и фотоприемник.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор селективных рентгеновских фильтров снабжен автоматизированной системой позиционирования.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор селективных рентгеновских фильтров размещен на поворотном диске в ячейках.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор селективных рентгеновских фильтров снабжен механизмом блокировки открытия вакуумируемой измерительной камеры в режиме измерения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве энергодисперсионного детектора флуоресценции использован энергодисперсионный полупроводниковый детектор с электронной системой усиления и формирования сигналов.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в вакуумируемой измерительной камере окно для облучения образца размещено на верхней панели камеры.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель образца установлен в отъемной крышке с образованием камеры образца, механически и оптически сопряженной с вакуумируемой измерительной камерой.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель образца снабжен механизмом вращения.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель образца выполнен в виде автоматического сменщика образцов.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумируемая измерительная камера соединена с системой подачи гелия Не.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в вакуумируемой измерительной камере выполнено прозрачное герметичное окно для визуального контроля за образцом.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумируемая измерительная камера снабжена источником освещения, в частности светодиодным.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки спектра включает аналогово-цифровой преобразователь и многоканальный анализатор.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный корпус выполнен со съемной верхней панелью со средствами крепления к ней вакуумируемой измерительной камеры в сборе.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в наружном корпусе размещена система вентиляции.