Возможности метода рентгеноспектрального флуоресцентного анализа для идентификации драгоценных и полудрагоценных минералов

Храпова Наталья Валерьевна
Дальневосточный государственный университет

Научный руководитель: Елисеенко Леонид Григорьевич, к.ф.-м.н., доцент ФОТИС

Целью данной работы является проверка возможности применения новейшего прибора -рентгеноспектрального анализатора элементов "Прим-1" в таможенной практике для идентификации драгоценных и поделочных камней.

Эти вещества являются экспортно-импортными товарами, подлежащими, как и остальные товары, установлению их подлинности. К настоящему моменту таможенные органы Российской федерации не располагают специальным прибором для решения этой задачи применительно к широкому спектру таких веществ, однако в их распоряжении имеется портативный рентгеновский анализатор "Прим-1", предназначенный для анализа металлов и сплавов. Поэтому представляет интерес исследовать возможность его применения для анализа драгоценных и поделочных камней, в основной состав которых (а также примесей) входят многие элементы, относящиеся к металлам. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализатор "Прим-1" позволяет определять элементы от 21Sc до 92U по линиям рентгеновского спектра.

Возбуждение рентгеновского спектра в приборе "Прим-1" осуществляется гамма излучением от Am241 и Pu238. Энергия возбуждения излучения Pu =20 кэВ, Am = 60кэВ. Рентгеновский спектр элементов появляется на более или менее значительном фоне, который образуется естественным излучением, вторичным рентгеновским излучением деталей спектрометра и, наконец, когерентно и некогерентно рассеянным от образца гамма излучением.

Разложение флуоресцентного излучения в спектр осуществляется в самом детекторе сцинтилляционного типа. Амплитуда импульсов пропорциональна энергии рентгеновского кванта, и по этому признаку осуществляется идентификация элементов. Разрешение детектора порядка 14%., минимально определяемая концентрация достигает 0,5%. Результаты анализа выводятся на табло компьютера.

Было проанализировано 29 минералов. В таблице представлены результаты исследования некоторых минералов, состав которых, как ожидалось, можно определять данным прибором с учётом ограниченного диапазона определяемых прибором элементов. Как видно из таблицы, в ряде случаев обнаруживается только один элемент, хотя в соответствии с химической формулой минерала в нём присутствуют и другие элементы. Это имеет место в том случае, когда в состав минерала входят лёгкие элементы -кислород, азот, углерод и др., не регистрируемые прибором. В этом случае прибор регистрирует концентрацию хотя бы одного определяемого элемента, даже примесного, автоматически считая её равной 100%.

Поскольку большинство минералов содержат как раз лёгкие элементы, использование спектрометра Прим - 1 для их идентификации малопригодно. Однако некоторые минералы (например, барнит), содержащие элементы, входящие в диапазон регистрируемых прибором элементов, идентифицировать вполне возможно.

Минерал

Химическая формула

Am-излучение

Pu-излучение

Барнит

 

Fe-41,77%

Cu-56,35%

Sb-0,85%

Te-0,44%

Fe-57,20%

Cu-42,80%

Сфалерит

ZnS

Zn-57,47%

Pb-26,14%

Sb-1,56%

Ba-14,83%

Sc-33,83%

Zn-56,76%

Pb-9,4%

Сфен

CaTi[SiO]O

Sr-43,20%

La-16,29%

Cs-31,52%

Na-8,99%

Sc-25,29%

Ti-21,13%

Fe-53,58%

Флогопит

KMg[AlSiO]*F

Ba-100%

Fe-100%

Родонит

 

Mn-99,55%

Ba-0,45%

Mn-95,95%

Ba-4,05%

Пироп

MgAl(SO)

 

Fe-100%

Серпентин

   

Ni-12,58%

Fe-87,42%

Шпат

   

Sc-100%

Апатит

Ca[PO](F,CI,OH)

Sr-42,76%

La-20,35%

Cs-30,82%

Na-6,08%

Sc-100%

Магнезит

FeFeO

 

Fe-100%

Флюорит

CaF

 

Sc-100%

Авантюрин

   

Fe-100%

Яшма

   

Fe-100%

Уртит

   

Fe-83,03%

Ti-16,97%

Таким образом, прибор "Прим-1" может быть использован для идентификации многих минералов только после его модернизации -расширения диапазона измеряемых элементов, по меньшей мере, до алюминия.

(c) АСФ России, 2001