Promieniowanie IV.doc

Paweł Szołdruk

27.X.2008

1B

Analiza chemiczna poprzez pomiar energii promieniowania rentgenowskiego

Wstęp

Promieniowanie Rentgenowskie jest to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, o długość fali mieści się w zakresie od 5 pm do 10 nm. Promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X) w widmie promieniowania elektromagnetycznego znajduje się pomiędzy promieniowaniem UV i promieniowaniem γ.

Źródłami promieniowania X są:

Ø      lampa rentgenowska: katoda emituje elektrony lub jony, które są następnie przyspieszane i bombardują anodę.  Bombardując anodę emitują promieniowanie hamowania. Promieniowanie hamowania to promieniowanie X o ciągłym widmie energetycznym.

Ø      Wzbudzenie atomów pierwiastków ciężkich (Z > 20) Elektrony wybite z niższych powłok zostawiają „dziury”, które następnie są zapełnianie przez elektrony z wyższych poziomów energetycznych. Atomy te obniżają swoją energię emitując promieniowanie X. Energie i natężenie promieniowania są ściśle określone dla każdego pierwiastka.

Metoda PIXE (od ang. Proton Induced X ray Emission) polega na pomiarze promieniowania X emitowanego przez wzbudzone atomy. Protony bombardujące próbkę wzbudzają w niej charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie. Mierząc natężenie linii charakterystycznych dla danego pierwiastka, możemy określić jego zawartość w materiale próbki. Metoda ta pozwala na równoczesne wykrywanie bardzo małych domieszek różnych pierwiastków. Można tym sposobem oznaczyć ślady pierwiastków ciężkich w substancjach organicznych itp. (zbudowanych głównie z pierwiastków lekkich). W praktyce, ilościową ocenę zawartości pierwiastków można przeprowadzić tylko dla pierwiastków o masie atomowej większej od 20 jednostek masy atomowej. Zawartości lżejszych pierwiastków łatwiej wyznaczać przez obserwację promieniowania gamma powstającego ze wzbudzeń wewnętrznej struktury jąder atomowych(PIGE).

Zastosowań metody PIXE jest dużo np.:

Ø      do nieniszczącej analizy obiektów artystycznych,

Ø      do analizy chemicznej znalezisk archeologicznych (bez konieczności pobierania próbek)

Ø      do identyfikacji sekwencji warstw w obrazach, dostarcza informacji o warstwach powierzchniowych (często grubości kilku mikrometrów) i pozwala na prowadzenie bezpiecznych badań, nie grożących uszkodzeniem badanych obiektów.

Metoda PIXE jest używana w zagadnieniach ochrony środowiska, w biologii, medycynie, geologii, rolnictwie i w badaniach materiałowych. Jest czuła oraz nie powoduje zniszczenia analizowanego materiału.

Do pomiarów emitowanego promieniowania X używa się spektrometru półprzewodnikowego.

Przebieg ćwiczenia

Ø      Uruchomiono aparaturę elektroniczną i zapoznano się z obsługą programu komputerowego,

Ø      Skalibrowano analizator za pomocą źródła promieniowania X o znanych energiach,

Ø      Przeprowadzono pomiar widma promieniowania X emitowanego przez nieznane próbki,

Ø      Odczytano energie zarejestrowanego promieniowania przy pomocy programu NIC  i zapisano wyniki w tabeli,

Ø      Pomiar widm wykonano dla trzech próbek.

Ø      Porównano wyniki z wartościami tablicowymi a następnie zidentyfikowano badane pierwiastki.

Wyników pomiarów