Файл: Зевин, Л. С. Количественный рентгенографический фазовый анализ.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 68

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

смесей чистых фаз. Состав смесей выбран таким ооразом, чтобы перекрыть область изменения концентраций фаз в исследуемых образцах. Градуировочные графики (рис. 9) строились на основе величин S ц, полученных

путем двенадцатикратных промеров каждой эталонной смеси. Эти съемки пока­ зали высокую воспроизводимость измерений. Коэффициенты вариации, рассчитан­ ные на основе экспериментальных измерений, оказались практически равными величинам, определяемым статистикой счета. Для каждой из исследуемых проб проводилась четырехкратная съемка, и пунктирными линиями на рис. 9 отмечена

 

 

 

 

 

область

шириной

 

приблизительно 2 а

 

Состав эталонных смесей

 

(а — средняя

квадратичная

ошибка) .» 5

 

 

Воспроизводимость при анализе порт­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ландцемента некоторого среднего со­

 

 

 

, %

 

става, близкого к составу смеси № 3,

 

 

 

 

 

характеризуется

следующими

величи­

 

 

 

 

 

нами относительной погрешности: 2 %

 

 

 

 

О

для элита; 4% для белита, 2% для

 

 

 

 

о

алюмината

и

2 %

для

алюмоферрита.

Л? смеси

 

 

Рн

Значительно труднее оценить

правиль­

 

О

О

О

О

ность анализа главным образом по той

 

<

<

причине,

 

что

вполне возможны значи­

 

 

3

 

 

о

тельные

кристаллохимические

разли­

 

О

о

О

 

то

СС

то

то

чия определяемых

 

фаз

в эталонах и

 

и

и

и

и

 

 

со

см

со

 

исследуемых пробах. Некоторое пред­

 

 

 

 

 

ставление о правильности рентгеногра­

1

30

45

2

23

фического

метода

дает

сравнение

с данными

расчета

фазового

состава на

2

40

35

5

20

основе результатов химического анализа

3

50

25

10

15

(точки на рис. 9).

 

 

 

 

 

4

60

15

15

10

 

 

 

 

 

5

70

5

20

5

Впервые

метод

внутреннего

б

5

5

85

5

стандарта был применен в 1925 г.

 

 

 

 

 

для определения

муллита

в огне-

упорах

[188], затем

в 1933 г. для определения муллита в

шамо-'Ѵ

те [901-

В качестве

внутреннего стандарта использовалась

камен-

ная соль.

 

 

§ 5. МЕТОДЫ ДОБАВОК И РАЗБАВЛЕНИЯ

Метод добавок

В анализируемую пробу добавляется известное количество опре­ деляемой фазы бд. Концентрация добавки

с— Сд

А^пр+Сд ’

где опр — масса пробы.

Концентрация определяемой фазы после добавки с\ = с{ (1 — сд)+ + Сд. Если концентрация добавки невелика, то массовый коэффи­

циент поглощения пробы после

добавки

изменится

незначительно

и интенсивность аналитического

пика J\

в первом

приближении ^

является линейной функцией концентрации добавки сд : J\ = шс(- = = сос,- + (о (1 — Сд) Сд, где со = const. Для графического построения этой зависимости необходимы две точки. Одну из них (А) получаем при съемке исходной пробы, а вторую (В) при съемке смеси пробы

32


с добавкой сд 1 (рис. 10). Продолжая прямую до пересечения с осью абсцисс, определяем величину сд0, а затем и искомую концентрацию

определяемой фазы в исходной пробе: с,- = -г т т 2^—т • Если имеется

1 "Г I «до I

ряд проб с близкими массовыми коэффициентами поглощения, то полученный график может быть использован для их анализа. Для этого необходимо перенести начало координат в точку сд0 и изменить масштаб по оси абсцисс так, как показано на рис. 10. Этим способом определялось присутствие малых количеств Na4P 20 7 в і\а5Р3О10 [134], магнезита и доломита в товарном хризотиласбесте [3].

Рис. 11. Зависимость погрешности опре­ деления концентрации от относительной величины добавки

Для метода добавок может быть предложен более строгий ана­ литический вариант определения концентрации [26; 96]. Полагаем, что смесь можно отнести к «тонким» порошкам. Интенсивность аналитического пика і-той фазы в исходной смеси равна

Jt

kt

,

(1,45)

 

 

Р/р

 

После введения добавки изменится массовый коэффициент поглоще­ ния пробы (р*)' = р* ( 1 — сд) + р*сд, где р* — массовый коэффи­ циент поглощения для определяемой і-той фазы. Интенсивность аналитического пика после введения добавки

М

<7(1— Сд) + Сд

(1,46)

Рг ’

Р* (1 —

сд) + Р*Сд

 

Интенсивность аналитического пика для чистой фазы

 

т

кі

1

(1,47)

•По = 7-*чрг

 

Pi

Pi

 

3 Закаа 651

 

 

33


Решая систему уравнений (1,45); (1,46) и (1,47), получим формулу для расчета концентрации определяемой фазы

Сд

J i ( / іо — / іц)

Gд J І ( J іо

/ іц)

(1,48)

1 — Сд

J l0 (//Д—/г)

Gnp J іо (Jin

/t)

 

Экспериментально измеряемыми являются величины Jl0; Jt', J\ д. Обозначил! отношение GJGnp через b. Оптимальное значение добавки Ьопт, при котором ошибки в определении концентрации

будут минимальными, определяется выражением [28]

 

= |f+(l~f(b-,

<’’49)

где

pep — массовый коэффициент поглощения

вмещающей среды.

Зная

ориентировочно (порядок) концентрации

определяемой фазы

и массовый коэффициент поглощения вмещающей среды, можно

рассчитать необходимую добавку. Из

выражения (1,49) видно, что

b 1 только для случая определения

тяжелой фазы в легкой среде

(р*/р* <С 1 )-

В противном случае, т. е. при определении «легкого»

в «тяжелом»

О lj> более правильно говорить не о добавке

определяемой фазы в пробу, а о добавке пробы в чистое определяемое вещество > 1). При практическом использовании способа добавок важно знать область возможных отступлений от условия оптималь­ ной добавки. Это вызвано тем, что в большинстве случаев добавля­ емое вещество — чистая фаза — является дефицитным. Для решения этого вопроса была изучена зависимость Ас,/с(- = / (b/b0пт) и пока­ зано, что она выражается кривой с уплощенным минимумом и не­ которое отступление от оптимальной добавки (в сторону уменьшения) существенно не повлияет на точность количественных определе­ ний (рис. И).

Может быть предложен и другой путь расчета неизвестной кон­ центрации [13]. Положим, что осуществляется добавка г-той фазы. Тогда для исходной пробы согласно (1,25) можно записать

=

(1,50)

где Sri — отношение интенсивностей аналитических пиков некоторых фаз с номерами г иг . После добавки это отношение изменится

S * ß / [с/ (1- Сд) + Сд] = ß,cr (1- сд).

( 1,51)

Исходя из уравнений (1,47) и (1,48), концентрация может быть выра­ жена следующим образом:

Сі

Sri

(1,52)

S r i ~ S ' r i

 

 

Нужно экспериментально измерить интенсивности аналитического пика определяемой фазы /,• и д и также интенсивности пика и JгЛ какой-либо другой фазы, присутствующей в исходной пробе и пробе

34


с добавкой. Объем экспериментальных измерений при расчете по формуле (1,52) больше, чем при расчете по формуле (1,48). Однако исключается измерение интенсивности аналитического пика чистой фазы и поэтому при расчете по (J ,52) эффект микропоглощения дол­ жен оказывать меньшее влияние.

После определения одним из рассмотренных выше способов содер­ жания некоторой і-той фазы можно, используя известное значение q,

^провести определение концентраций и остальных фаз по уравнению, следующему из формулы (1 ,2 1 )

 

V -І^О .

(1.53)

Постоянный коэффициент

определяется путем съемки либо чистых

фаз, либо их смеси известного состава. Очевидно, может быть и гра­ фическое решение, если предварительно будет построен линейный градуировочный график в координатах q./q — Sri. Таким образом, метод добавок можно рассматривать как один из вариантов метода внутреннего стандарта. Использование в качестве стандарта опре­

деляемой фазы

имеет некоторые

преимущества, так как при этом

не появляются

дополнительные

наложения дифракционных пиков.

Недостатки метода — увеличение объема измерений вследствие необ­ ходимости съемки как исходной пробы, так и пробы с добавкой.

Напомним ход количественного анализа по методу добавок: 1 ) оценка анализируемого материала по крупности; 2 ) расчет вели­ чины оптимальной добавки; 3) приготовление пробы с добавкой; 4) измерение интенсивности аналитических пиков: в первом варианте только определяемой фазы (J i0; /,•; / (Д); во втором варианте опре-

* деляемой фазы и какой-либо другой фазы в образце (/,■; J,-д; Jr; Jra); 5) расчет концентрации фазы по формуле (1,48) или (1,52); 6 ) измере­ ние интенсивности аналитических пиков остальных фаз и расчет их концентраций по формуле (1,53).

Метод разбавлений

Метод основан на разбавлении пробы в определенное число раз нейтральной * средой с известным массовым коэффициентом погло­ щения. Обычно пользуются аналитическим вариантом метода. Вы­ ведем формулу для расчета концентрации.

 

Пусть необходимо определить концентрацию фазы сг, имеющей

 

плотность р; и массовый коэффициент поглощения д* в пробе, отно­

 

сящейся к тонким порошкам, с массовым коэффициентом поглоще­

 

ния д*. Разбавим анализируемую пробу в z раз средой с массовым

t

коэффициентом поглощения д£

----- Gnp + Gp

 

Gnp ’

 

где Gnp — вес пробы и Gp — вес разбавителя.

* Нейтральная среда—вещество, не вступающее в химическое взаимодей­ ствие с анализируемой смесью.

3*

35


В результате разбавления изменятся: 1) концентрация искомой фазы, которая после разбавления будет равна cjz; 2 ) массовый коэффициент поглощения пробы, который после разбавления будет равен ц*/г + ( 1 1 /z) Pp; 3 ) интенсивность аналитического макси­ мума

J ‘p = к‘ р і [ц*/* -Н 1 - 1 /* ) Н^Г

 

(І’° 4)

Используя выражение (1,54), а также выражения (1,45) и (1,47),

можно рассчитать искомую концентрацию

 

 

 

 

Иф

JipJj

 

 

(1,55)

С/ = (2 1 ) Ѵі

J lq{ J i

J г'р)

 

 

 

 

 

Ошибка в определении концентрации зависит

 

прежде всего от

точности измерения интенсивностей аналитического максимума.

Вве­

дение в

пробу

постороннего

раз-

 

бавителя

снижает

интенсивность

 

аналитических пиков, и метод

 

разбавления применим только для

 

определения больших концентра­

ций.

 

выражения

(1,55)

 

Из анализа

 

следует, что минимальные ошибки

 

в определении

достигаются

при

 

оптимальном разбавлении, опреде­

ляемом

следующим выражением:

Рис. 12. Зависимость погрешности опре­

 

 

 

 

 

деления концентрации от степени разба­

* о п т - 1 = - ^ +

14^ * " 4 .(1,56)

вления пробы

 

 

гр

 

Мр

 

где р*р — массовый коэффициент

поглощения вмещающей среды.

Возможность отступления от условия оптимального разбавления иллюстрируется рис. 1 2 .

Разбавление пробы средой с рр >> р* почти всегда приводит

к увеличению разности (рг — р) и возможно, что пробу, относя­ щуюся к «тонкому» порошку до разбавления, необходимо отнести после разбавления к «средним» или «грубым» порошкам. Для того чтобы исключить это, иногда отступают от условия оптимального разбавления и используют в качестве разбавителя такое вещество и такую степень разбавления, чтобы массовые коэффициенты погло­ щения исходной и разбавленной пробы были близки.

Итак, ход анализа по методу разбавления следующий: 1) оценка пробы по крупности по ориентировочно известным составу пробы и условиям съемки; 2 ) расчет оптимального разбавления; 3) разба­ вление пробы; 4) измерение интенсивности аналитического максимума в чистом веществе, анализируемой и разбавленной пробах; 5) расчет концентрации в исходной пробе по формуле (1,55).

Области приложения рассмотренных методов различны: метод добавок используется для определения малых содержаний фазы, а метод разбавления — больших.

36