Химический анализ без лаборатории

Портативный анализатор «Альфа-2000» позволяет в производственных условиях за 1 минуту определить химический состав металла или породы. Размером он с электрическую дрель-пистолет, но заметно легче и без провода. «Дулом» анализатор прижимается к изучаемой поверхности и нажимается курок. Через несколько секунд на дисплее отображается состав вещества.

Демонстрация прибора проходила в Красноярске в фирме «РАДОС». Директор фирмы Юрий Олимпович Федоров — известный специалист по применению рентгеновских методов в горной промышленности, разработчик промышленных рентгенорадиометрических сепараторов (РРС) руды. Его заинтересовала информация о приборе, и он пригласил представителя фирмы для практических испытаний и оценки целесообразности его приобретения. Демонстрировала прибор Елена Дмитриевна Скорина, представитель фирмы-разработчика (фото 1).

Первый образец — золотое кольцо с ее руки. Прибор почти сразу показал состав кольца: золото, серебро, медь. Тут же сделали еще несколько анализов металлических предметов, в том числе часов Юрия Олимповича. Потом определили химический состав нескольких заранее заготовленных образцов пород.

Результаты анализов заинтересовали участников презентации. За считанные секунды, не отправляя в лабораторию, ничего не откалывая, не дробя и даже не царапая, без всякой предварительной подготовки были получены анализы металлов и пород.

За полчаса госпожа Скорина рассказала о принципе работы прибора, его возможностях и области применения.

Автономный портативный анализатор «Альфа-2000» разработан фирмой Innov-X Systems (США) и выпускается с 2001 года. Его оценили металлурги, экологи, нефтяники и все, кому нужно получать результат быстро или в полевых условиях.

Фирма Innov-X Systems постоянно работает над совершенствованием прибора, снижая его вес, размеры, повышая прочность, увеличивая чувствительность, адаптируя программное обеспечение к разным странам. В 2005 г. проведена русификация программного обеспечения, анализаторы Alpha внесены в Госреестр РФ и утверждены как тип средств измерений.

Прибор относится к классу рентгенофлуоресцентных (рентгеноспектральных) анализаторов. Содержание элементов рассчитывают по линиям вторичного рентгеновского спектра, который возбуждается специальным источником. Стационарные анализаторы такого типа известны. В частности, один из них — "Filips-1404" успешно используется в Иргиредмете для количественного и полуколичественного анализа геологических и технологических проб, руд и продуктов их переработки. Метод отличается оперативностью и дешевизной, так как нет необходимости в предварительном растворении образцов. Диапазон измеряемых концентраций - от 0,001 до 100%.

«Альфа-2000» — новейшая разработка для оперативных анализов в производственных и полевых условиях. Прибор отличается малым весом, автономностью, надежностью и при этом безопасен. Анализ проводят без отбора образца. Настройка прибора простая и не требует длительного обучения.

Масса прибора в полном комплекте с аккумулятором и встроенным миникомпьютером — около 1,5 кг. Время автономной работы от аккумулятора — 8 часов. Прибор не содержит радиоактивных материалов, не нуждается в радиоизотопных и радиоактивных источниках. В нем используется «мягкое» рентгеновское излучение небольшой мощности, что делает его практически безопасным.

В приборе имеется несколько режимов измерений:

- аналитический (для сплавов металлов);

- горнорудный (для горных пород и проб руды);

- экологический (для анализа почв).

В горнорудном режиме прибор способен одновременно определять 25 элементов (стандартно 21 элемент): Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Pb, Ag, Sn, плюс 4 по выбору.

Результаты анализа отображаются на дисплее миникомпьютера (фото.2). Компьютерные программы русифицированы. В обычном режиме на дисплей выдается химический состав вещества и погрешность определения каждого элемента. При желании можно получить дополнительные сведения (спектрограмму, запоминать данные анализов, вести их обработку и т.п.).

«Альфа-2000» подходит для использования в полевых условиях, в шахте, карьере, а также для анализа образцов твердых, жидких или порошковых проб. Большинство анализов можно выполнить менее чем за 10 секунд. Анализы почв, образцов пород, руд, минералов выполняются от 15 сек до 4 мин, анализ марок сталей требует 1-2 секунды.

После лекции испытания прибора были продолжены в рабочем помещении РАДОСа.

РАДОС постоянно ведет разработку оптимальных вариантов РРС-сепарации для российских и зарубежных предприятий и имеет коллекцию образцов руды и дубликаты проб многих месторождений. Анализировались образцы руды, но больше внимания было уделено дубликатам проб. Они представляли собой истертую до 0,1 мм породу (около 200 г), упакованную в небольшие полиэтиленовые пакеты. Анализ прибором «Альфа-2000» проводили без распаковки проб, через полиэтиленовую пленку. Для некоторых проб на упаковке было указано содержание какого-либо элемента по лабораторным данным.

Было выполнено множество анализов с эмоциональной оценкой результатов: «почти совпало», «свинец немного отличается», «сурьма почти одинаково», «а кто знает, какой анализ точнее?» и т.п. Потом начали обращать внимание на величину погрешностей. Е.Д.Скорина объяснила, что для получения стабильных результатов и минимальной погрешности необходим определенный опыт и корректировка параметров компьютерной программы, что возможно с использованием стандартных образцов.

Провели еще несколько экспериментов: анализировали пробы крупного дробления, пробы с открытой поверхностью (через лист бумаги, фото.3), металлические сплавы и т.п. Во всех случаях прибор быстро выдавал результат.

В процессе обсуждения был задан вопрос о возможности определения содержания золота в руде или пробе. Е.Д.Скорина отметила, что предел чувствительности прибора 0,001%, то есть 10 г/т. Напрямую золото успешно определяется только в ювелирных изделиях и слитках.

Все участники презентации выразили восхищение простотой и оперативностью получения данных с помощью нового прибора. Традиционно анализы проб получали в лучшем случае через неделю после отправки в лабораторию. Каждый анализ стоил несколько сотен рублей. «Альфа-2000» обеспечил результаты практически мгновенно в рабочем помещении без отправки проб в лабораторию. По мнению Ю.О.Федорова «расхождения в данных — непринципиальны. Для каждого из элементов указывается погрешность определения, поэтому, при необходимости, любой результат можно уточнить».

По мнению ведущего специалиста Испытательного аналитического центра ОАО «Иргиредмет» В.Баранкевича приборы данного класса предназначены в первую очередь для разбраковки изделий из металлов и металлолома. Анализ горных пород более сложен из-за их неоднородности и присутствия большого числа элементов, что увеличивает ошибку анализов. Для повышения точности определения необходимо тонкое измельчение пробы и использование стандартных образцов, разработанных для исследуемых типов руды. При анализе необходимо учитывать возможность взаимного наложения спектральных линий химических элементов из-за небольшого разрешения детектора, порядка 150 эВ. Прибор может использоваться для оценочных определений основных компонентов в гомогенных образцах и объектах.