IV. Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА)

Рентгенофлуоресцентный анализ-метод элементного анализа, основанный на взаимодействии вещества с высокоэнергетическим рентгеновским излучением, которое приводит к испусканию веществом вторичного рентгеновского излучения (рентгеновская флуоресценция). При этом атомы каждого химического элемента излучают фотоны со строго определенной энергией, которая фактически не зависит от химического строения вещества. РФА оптимален для элементного микроанализа твердых образцов.

Экспертами-криминалистами очень востребованы максимально экспрессные, простые в применении, неразрушающие методы анализа. РФА полностью удовлетворяет этим критериям; более того, он обладает огромной информативностью, позволяющей проводить анализ самого широкого спектра материалов. Исследуемые в криминалистике объекты могут быть очень небольшими, например, микрочастицы, порошки, осколки – как сами по себе, так и на поверхности крупных объектов. РФА, совмещенный с оптическим микроскопом, позволяет получать изображения поверхностей от 100 см2 до 2.5мм2 в видимом свете и в проходящих рентгеновских лучах, выбирать на изображении нужные объекты и проводить их элементный анализ. При необходимости можно проводить двумерное картирование различных участков образца по сигналам различных элементов.

1) Количественный анализ.

Упрощенную формулу зависимости ин­тенсивности рентгефуоресцентной линии i-го элемента (1_fi) от его содержания (с_i) можно записать, следующим образом:

где k — коэффициент, учитывающий величину скачка поглощения, влияние атомов других элементов (избирательное поглощение и возбуждение флуоресцентной линии i-го элемента), геометрические факторы; µ —массовый коэффициент поглощения первичного излучения атомами i-го элемента; Р_i- вероятность флуоресцентной релаксации возбужденного атома; I_p-интенсивность первичного рентгеновского излучения.

Во-первых, РФА относится к силовым методам, т. е. интенсив­ность флуоресцентной линии растет с увеличением интенсивности пер­вичного возбуждающего рентгеновского излучения.

Во-вторых, интен­сивность флуоресцентной линии пропорциональна вероятности флуоресцентной релаксации возбужденного атома, которая увеличивается с ростом атомного номера элемента. Поэтому нижняя граница определяемых содержаний для тяжелых элементов, как правило, ниже.

В-третьих, для достижения максимальной интенсивности флуоресцентной линии длина волны первичного рентгеновского излучения должна быть лишь немного меньше длины волны флуоресцентного излучения, чтобы массовый ко­эффициент поглощения первичного излучения атомами данного элемента был наибольшим.

Количественный РФА обычно проводит методом градуировочного графика. Однако далеко не всегда можно приготовить необходимый об­разец сравнения (например, из-за сложности его состава и структуры). Поэтому активно развивается способ безэталонного РФА, основанный на определении элементов с использованием теоретически рассчитанных фундаментальных физических параметров (вероятность флуоресценции, массовые коэффициенты поглощении рентгеновского излучения и т. д.). Ус­пех анализа во многом зависит от того, насколько правильно подобраны ус­ловия проведения анализа. Диапазон определяемых содержаний 10 ^-5—100% масс. Относительное стандартное отклонение результатов РФА менее 0,05.

2) Аппаратурное оформление метода.

Вакуумные рснтгенофлуоресцентные спектрометры позволяют рабо­тать с длинноволновым рентгеновским излучением и определять легкие элементы. Для локального анализа поверхностных слоев твердого тела применяют современные РФ-спектрометры на основе капиллярной рентгеновской оптики

.