Учебное пособие является дополнением к учебнику «Основы аналитической химии» под ред. Ю. А. Золотова (2014 г.); приводятся практические работы по рентгенофлуоресцентному анализу различных объектов. Описанию работ предшествует небольшая теоретическая часть.

Ключевые слова: рентгенофлуоресцентный анализ, практикум.

Оглавление

Предисловие

Учебное пособие предназначено для студентов химического факультета МГУ, изучающих общий курс аналитической химии. Пособие подготовлено с учётом многолетнего опыта преподавания основ рентгенофлуоресцентного метода на кафедре аналитической химии в рамках специального курса по спектроскопическим методам анализа. Представленные практические задачи по количественному рентгенофлуоресцентному анализу объектов разных классов подготовлены в соответствии с действующими ГОСТами и могут быть выполнены с использованием доступного отечественного рентгеноспектрального оборудования.

Изложенные основы техники рентгенофлуоресцентного анализа могут быть востребованы при выполнении курсовых работ по аналитической химии. Рассмотренные теоретические вопросы могут быть полезны при подготовке к коллоквиуму по спектроскопическим методам анализа и экзамену по аналитической химии. Настоящее учебно-методическое пособие призвано сформировать у студентов первичное, но целостное представление о современном состоянии одного из самых востребованных в науке и промышленности методов анализа.

Введение

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген при пропускании электрического тока через разреженный газ в разрядной трубке открыл новый тип лучей, которые назвал Х-лучами. Под воздействием этих лучей в темноте светился флуоресцирующий экран, засвечивалась фотопластинка, помещённая в плотную тёмную бумагу, ионизировался газ. Х-лучи частично проходили сквозь тела, не прозрачные для видимого света. Величина поглощения снижалась при уменьшении толщины этих тел и атомных номеров химических элементов, входящих в их состав. Открытие в 1912 году немецким физиком Максом фон Лауэ дифракции на кристаллической решётке и в 1917 году шведским биофизиком Карлом Штенштрёмом преломления рентгеновских лучей доказало их электромагнитную природу. А квантовый характер электромагнитного излучения подтверждён предложенной в 1923 году американским физиком Артуром Комптоном теорией некогерентного рассеяния рентгеновских лучей. В 1913 году английский физик Генри Мозли установил зависимость между атомным номером элемента и харакрной для него длиной волны линейчатого рентгеновского излучения. Открытие закона Мозли имело огромное значение для установления физического смысла периодической системы химических элементов. Механизм возникновения характеристиеского рентгеновского излучения предложил в 1916 году немецкий физик Вальтер Коссель, использовавший для его обоснования теорию Нилъса Бора о строении атома.

В 1908 году английские физики Чарльз Баркла и Чарльз Сэдлер открыли явление рентгеновской флуоресценции. Они показали, что энергия флуоресцентного излучения, испускаемого исследуемыми объектами под действием рентгеновских лучей, характеристична для составляющих их химических элементов. В 1914 году французский физик Луи Виктор де Бройлъ систематически изучил явление рентгеновской флуоресценции, возбуждённой излучением рентгеновской трубки. Использование первичного рентгеновского излучения вместо «катодных лучей» (пучка быстрых электронов) для возбуждения характеристической рентгеновской эмиссии многокомпонентных объектов позволило существенно снизить уровень фонового сигнала в спектре, что облегчило идентификацию спектральных линий и повысило чувствительность определения. Широкое расространение в аналитической химии рентгенофлуоресцентный метод получил, начиная с 30-40-х гг. прошлого века.

Бурное развитие методов рентгеновской спектроскопии в нашей стране связано с научной, педагогической и организаторской деятельностью двух крупных учёных-физиков. Один из них - Игорь Борисович Боровский (1909-1985)- Он организовал работу рентгеноспектральных лабораторий на физическом факультете МГУ имени М. В. Ломоносова, в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) АН СССР, Институте металлургии имени А. А. Байкова (ИМЕТ) АН СССР. В 1935 году он привёз из Швеции в Советский Союз первые коротковолновые и длинноволновые рентгеновские спектрографы. С 1955 года при содействии И. Б. Боровского ленинградский завод «Буревестник», заводы «Светлана», «Мосрентген», Красногорский механический завод и другие предприятия начали выпуск оборудования для рентгеновской спектроскопии. В конце 50-х годов прошлого века под руководством И. Б. Боровского был создан первый советский электронно-зондовый микроанализатор для локального рентгеноспектрального анализа. Следует отметить научные достижения И. Б. Боровского в использовании методов рентгеновской спектроскопии для изучения состава, структуры и свойств атомов, молекул, кристаллов и тонких плёнок.

Ещё один основоположник рентгеноспектрального анализа и рентгеновского приборостроения в нашей стране - Михаил Арнольдович Блохин (1908-1995)- Он начал свою работу в области рентгеновской спектроскопии в 1932 году по предложению академика Абрама Фёдоровича Иоффе - ученика В. К. Рентгена. М. А. Блохин организовал работу рентгеноспектральных лабораторий в Уральском индустриальном университете (г. Свердловск), Всесоюзном институте минерального сырья (ВИМС, г. Москва), Ростовском государственном университете. В начале 5О-х годов прошлого века под руководством М. А. Блохина в университете г. Ростов-на-Дону был налажен выпуск уникальных для того времени отечественных рентгеновских спектрометров. В 60-е - 70-е годы благодаря усилиям М. А. Блохина в Ростовском университете сформировалась самая сильная в Советском Союзе научная школа в области рентгеновской спектроскопии, рентгеноспектрального анализа, занимавшаяся проблемами электронного строения атомов, молекул и твёрдых тел, вопросами взаимодействия рентгеновского излучения с веществом.

Следует отметить научные работы М. А. Блохина, посвященные использованию методов рентгеновской спектроскопии для изучения электронного строения атомов, влиянию химической связи на структуру рентгеновских спектров, развитию количественного рентгеноспектрального анализа минералов. Особого внимания заслуживает работа М. А. Блохина по созданию количественной теории взаимодействия рентгеновского излучения с веществом как основы рентгенофлуоресцентного анализа. Спустя десятилетия эти идеи привели к созданию способа фундаментальных параметров, широко используемого сегодня в аналитической практике.

Монографии М. А. Блохина «Физика рентгеновских лучей» и «Методы рентгеноспектральных исследований» изданы не только в Советском Союзе, но и за рубежом - в Польше, Германии, Англии, США, Индии и Японии. Специальные разделы этих монографий не потеряли научной актуальности и по сей день, о чём свидетельствует их регулярное цитирование.