用XRF分析稀土元素时同位素激发源的选择

0　引言

随着稀土元素及其化合物在经济建设中应用日益广泛,对其快速、准确、方便的定量分析显得尤为重要。简单、方便、快速、准确的同位素源激发X射线荧光分析仪越来越受到人们的普遍重视。目前,同位素激发的X射线荧光分析仪最常用的有两种同位素激发源,一种是241Am源,其光子能量为59.5 keV,半衰期为432.2a;另一种是238Pu源,其光子能量的加权平均值为16.4 keV,半衰期为87.7 a。前者用于分析中等质量元素(如Ag、Sn、La等)的KX射线较为有利,而后者用于分析轻元素(如Fe、Cu、Zn等)的KX射线和一些重元素(如Au、Pb等)的LX射线较为有利。稀土元素介于中重元素之间,若用241Am源激发分析其KX射线,固然有很多优点,如荧光产额高,相邻元素间能量间隔大而易区分定量等,但也有严重的不足,如一些稀土元素的KX射线能量峰处在241Am源激发线宽而强的散射峰的前后沿的长拖尾上,因而本底很高,干扰大,严重地影响了分析的准确度。若用238Pu源激发分析稀土元素的LX射线,其显著优点是所有稀土元素的LX射线处在荧光谱中低而平的线性本底区间内,本底干扰很小,但不利的是其LX射线处在荧光产额低,而且各特征峰之间能量间隔小。因此在用同位素源激发X射线荧光仪快速准确分析稀土元素时,要根据具体情况,综合考虑各种因素,合理选择241Am和238Pu激发源,这样,可提高工作效率,降低分析的不确定度和探测限。

1　理论计算

1.1　理论依据

在X射线荧光谱分析中,当样品满足薄样条件时,样品中待分析元素的特征X射线强度可用下式计算

式中,I0为激发源的强度(光子/s);Mj为样品中待分析元素j的浓度(g/cm2);G为分析系统的几何因子;Kj为测量系统对元素j的相对激发探测效率,其表达式如下

其中,t为光电质量吸收系数;ω为荧光产额;J为光电质量吸收系数吸收边的阶跃比;f为待分析元素某特征X射线系(如K或L)强度占总X射线强度的份额;T为待分析物质的传输率,薄样条件下T= 1;ε为探测器的探测效率。结合式(1,2),得到

在给定的系统中,I0、G、ε为常数。R的物理意义为测量系统对元素j的某特征X射线的激发效率。显然,只要R值越大,对测量分析越有利。为此,我们分别计算两种激发源条件下的R值。

1.2　理论计算

在241Am源的激发条件下,测量各稀土元素的Kα线系,简称A系统(条件),激发源发射能量为59.5 keV的单能γ光子。在238Pu源的激发条件下,测量各稀土元素的Lα线系,简称P系统(条件),激发源发射一组铀(U)的Lα射线,能量分别为13.6、17.26、16.52、20.17 keV;为便于计算,取其加权平均值E0=16.4 keV(强度为权)。其他参数选取如下:光电质量吸收系数t取自美国劳伦斯实验室的编评文献[2];吸收边的阶跃比J由文献[3]的经验公式计算;荧光产额ω取文献[4～6]的三种理论或经验公式结果的平均值;特征X射线系强度份额f取文献[7]的编评值。将上述基本参数代入(4)式,计算出两种激发源条件下的R值列入表1。其中Ra为A系统的R值,RP为P系统的R值。