РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Воронежский государственный технический университет

Региональный научно-координационный центр «Ренакорд»

А.А. Лукин

РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

(Учебный модуль 2)

Учебно-методическое пособие

Воронеж 2000

УДК 548.73 (075.8)

Лукин А.А. Регистрация рентгеновских лучей и измерение их интенсивности: Учеб.- метод. пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. 37 с.

Составителем учебного модуля сделана попытка обобщения материала по современным методам рентгеноспектрального анализа, рассмотрены различные методы рентгеноспектрального анализа: эмиссионный, флуоресцентный, абсорбционный, микрорентгеноспектральный анализ, преимущества и недостатки методов, различные методы фокусировки спектрографов. Учебный модуль разработан для изучения специальных курсов «Методы исследования твердых тел» и «Специальные методы исследования конструкционных материалов» с учетом рекомендаций Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 070900 «Физика металлов», утвержденного 16.06.95 г.

Ил. 9. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор: д-р физ.-мат. наук А.Т. Косилов

Рецензенты: кафедра технологии металлов и конструкционных материалов Воронежской государственной технологической академии;

д-р хим. наук Ю.В. Спичкин

СТРУКТУРА МОДУЛЯ 2

«Рентгеноспектральный анализ »

УЭ–2. РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Рентгено-спектральный анализ – определение элемент-ного состава веществ     Преимущества рентгено-спектрального анализа: – мало линий; – взаимное расположение линий серий (К и L) почти одинаково у всех элементов; – длины волн характеристического спектра по закону Мозли зависят от порядкового номера элемента. Чувствительность анализа составляет 0,1-0,001 %	Рентгеновские спектры широко используются для определения содержания отдельных элементов в различных веществах. Рентгеноспектральный анализ позволяет значительно ускорить определение состава образцов по сравнению с химическими методами и обеспечивает достаточную точность. К числу преимуществ рентгеноспектрального анализа по сравнению с оптическим спектральным анализом относится то, что рентгеновские спектры содержат мало линий; взаимное расположение линий внутренних серий (К и L) почти одинаково у всех элементов; длины волн характеристического спектра закономерно (по закону Мозли) зависят от порядкового номера элемента. Надежность рентгеноспектрального анализа не меньше надежности других аналитических методов. Чувствительность (минимальное содержание элемента, определяемое данным аналитическим методом) достаточно высокая; она зависит от метода рентгеноспектрального анализа и уменьшается по мере перехода от тяжелых элементов к легким. Обычно чувствительность анализа составляет 0,1-0,001 %, но в некоторых благоприятных случаях удавалось получить пороговую чувствительность %. Общее признание получил микрорентгеноспектральный анализ, позволяющий определять химический состав в микрообъемах, составляющих всего 0,3-2 мкм3 при чувствительности 0,2 - 0,02 %. Успешно развивается также флуоресцентный рентгеноспектральный анализ, который позволяет вести исследование без разложения или разрушения пробы (твердое тело, жидкость, газ) одновременно на содержание многих (до 24) элементов. Анализ можно проводить в автоматических установках- рентгеновских спектрометрах и квантометрах, обладающих очень высокой производительностью. К недостаткам рентгеноспектрального анализа следует отнести сложность и высокую стоимость оборудования. Существуют три метода рентгеноспектрального анализа: 1) эмиссионный (по первичным характеристическим спектрам); 2) абсорбционный (по спектрам поглощения); 3) флуоресцентный (по вторичным характеристическим спектрам).
Эмиссионный метод обладает высокой чувствительностью - 0,1-0,01 %. Погрешность количественного анализа составляет 2–5 % содержания определяемого элемента. Абсорбционный метод обладает низкой чувствительностью – 0,5 - 0,15 %. Погрешность количественного анализа составляет 10 – 15 %. Флуоресцентный метод обладает наивысшей чувствительностью – 0,04-0,0005 %.	Эмиссионный метод. Этим методом исследуется спектр вещества, помещенного на анод рентгеновской трубки. При бомбардировке вещества пучком электронов возникает первичное характеристическое излучение, которое, пройдя через щель, разлагается в спектр с помощью кристалла и регистрируется на фотопленке или с помощью счетчика. Эмиссионный метод обладает высокой чувствительностью - 0,1-0,01 %. Погрешность количественного анализа по первичным спектрам составляет 2–5 % содержания определяемого элемента. При исследовании этим методом исследуемое вещество нагревают и поэтому анализ легко испаряющихся веществ, например серы и селена, представляет очень трудную задачу. Абсорбционный метод. Этот метод применяют в основном при определении сравнительно тяжелых примесей в жидкостях. Жидкости помещают в кюветы из материала с малым коэффициентом поглощения рентгеновских лучей. Прошедший через кювету пучок рентгеновских лучей разлагают в спектр. При анализе исследуются изменения в спектре, которые возникли при прохождении лучей через вещество. Абсорбционный метод обладает сравнительно низкой чувствительностью - 0,5-0,15 %. Погрешность количественного анализа составляет 10–15 %. Флуоресцентный метод. При исследовании флуоресцентным методом вещество помещают вблизи анода мощной рентгеновской трубки. Первичное излучение, выходящее из трубки, возбуждает вторичное характеристическое излучение исследуемого вещества. Это излучение, выделенное в почти параллельный пучок с помощью щели Соллера, попадает на кристалл, который разлагает его в спектр. Спектр обычно регистрируется с помощью газоразрядных или сцинтилляционных счетчиков. Фотографический метод не применяется из-за малой интенсивности вторичных спектров. Так как исследуемое вещество находится вне рентгеновской трубки, то на проведение анализа затрачивается времени не больше, чем при исследовании методом оптического анализа. Объект при исследовании не нагревается, и поэтому возможно исследование даже легко испаряющихся веществ. Этот метод анализа обладает наивысшей чувствительностью, равной 0,04-0,0005 %.
2.1. Рентгеновские спектрографы и спектрометры
Спектрометр– прибор с ионизационной регистрацией спектра. Спектрограф–с фоторегистрацией спектра. Преимущество спектрометра – высокая светосила. Разрешающая способность ниже, чем у фокусирующих спектрографов с изогнутым кристаллом.	Рентгеновские лучи могут быть разложены в спектр с помощью спектрографов, использующих плоские и изогнутые кристаллы. Рассмотрим некоторые типы рентгеновских спектрографов. Спектрометр с плоским кристаллом. На рис. 1 приведена схема спектрометра с плоским кристаллом, который в основном применяется для флуоресцентного метода анализа. Вторичное характеристическое излучение образца 1, возбужденное пучком первичных лучей от трубки 2, вырезается многопластинчатым коллиматором или щелью Соллера 3. После отражения от кристалла 4 пучок проходит через вторую щель Соллера и регистрируется с помощью счетчика 5, кристалл 4 вращается вокруг оси, проходящей через его поверхность, с угловой скоростью q. Счетчик и вторая щель Соллера вращаются со скоростью 2q.   Рис. 1. Схема спектрометра с плоским кристаллом   Преимуществом такого спектрометра является его высокая светосила, обусловленная тем, что одновременно используется для отражения почти вся поверхность большого плоского кристалла. Однако его разрешающая способность ниже, чем фокусирующих спектрографов с изогнутым кристаллом.
Кристалл изогнут по радиусу, равному диаметру фокальной окружности. Условия фокусировки: – нормали к отражающим плоскостям сходятся в одной точке N на фокальном круге (выполняется)– отражающие точки поверхности кристалла лежат на фокальном круге (не выполняется).	УЭ-2.1.1. Спектрограф с фокусировкой по Иоганну. В этом спектрографе (рис. 2), широко применяющемся в настоящее время, используется кристалл, изогнутый по радиусу, равному диаметру фокальной окружности. Отражающие атомные плоскости параллельны внешней поверхности кристалла. Щель отсутствует, а фокус рентгеновской трубки F располагается внутри фокального круга. Как видно из приведенной схемы, в данном случае выполняется только одно условие фокусировки: нормали к отражающим атомным плоскостям сходятся в одной точке N на фокальном круге. Второе условие фокусировки не выполняется: отражающие точки поверхности кристалла, кроме точки А, не лежат на фокальном круге.   Рис. 2. Схема спектрографа с фокусировкой по Иоганну (с изогнутым кристаллом)   Нарушение условий фокусировки приводит к размытию спектральных линий (в сторону меньших углов J). В этом нетрудно убедиться, рассматривая лучи, отраженные под одним и тем же углом от точек кристалла А, В и С (см. рис. 2). Проведем в точке А касательную к поверхности кристалла. Отраженный под углом J от атомной плоскости луч пересечет фокальную окружность в точке Р. Лучи, отраженные под тем же углом от точек В и С, не попадут в точку Р. Они могли попасть в эту точку, если
Уширение вследствие косого падения лучей пропорционально углу J. С уменьшением угла J (длины волны лучей l), уширение увеличивается, в результате чего метод используют в области больших углов J (обычно J ³ 20°), (l > 1,45 Ǻ).	бы касательные к атомным плоскостям в этих точках располагались в точках В' и С' на фокальном круге. Так как это условие не выполняется, то соответствующие отраженные лучи пересекут фокальный круг в точках Р' и Р". Ширина спектральных линий b определяется формулой: , (1) где R - радиус фокального круга; J - угол Вульфа - Брэгга; j - угловой раствор кристалла (см. рис. 2). Угловой раствор кристалла j обычно ограничивают специальным экраном Н. Косое падение лучей на пленку также вызывает дополнительное размытие в двойном слое эмульсии, поэтому для получения спектрограмм методом Иоганна либо применяют одностороннюю фотопленку, либо сразу после проявления снимают внешний слой эмульсии. Уширение вследствие косого падения лучей также пропорционально углу J. С уменьшением угла J, а следовательно, и длины волны лучей l уширение увеличивается, в результате чего метод Иоганна может быть использован в области больших углов J (обычно J ³ 20°). Спектрограф Иоганна обычно делают вакуумным: рентгеновская трубка, кристалл и фотопленка находятся в общем вакууме. Он применяется для исследования спектральной области с длинами волн l > 1,45 Ǻ. Принцип фокусировки по Иоганну используется также в длинноволновых спектрометрах, в которых спектр регистрируется с помощью проточных пропорциональных счетчиков, перемещающихся вдоль фокальной окружности. Разрешающая способность Р спектрографа (обратная величина минимальной разности для волн, разрешаемых соседних спектральных линий) прямо пропорциональна угловой дисперсии , радиусу фокальной окружности R и обратно пропорциональна ширине спектральной линии b:
В монокристалле вышлифовывают цилиндрическую поверхность радиусом 2R, равным диаметру фокального круга. При этом отражающие атомные плоскости изогнуты по диаметру фокального круга. Метод обеспечивает точную фокусировку и большой угол апертуры (j), что дает стократный выигрыш в экспозиции.	, (2) где = dJ/dl = n /(2 d сosJ) = tg J/l. Отсюда следует, что для повышения разрешающей способности спектрографа надо использовать отражения под большими углами J и увеличивать радиус спектрографа. Однако увеличение радиуса приводит также к увеличению ширины спектральных линий, поэтому в серийных спектрографах радиус фокальной окружности не превосходит 500 -600 мм. УЭ-2.1.2. Спектрограф с фокусировкой по Иоганссону. Для устранения дефокусировки, присущей методу Иоганна, Иоганссон предложил вышлифовать в монокристальной пластинке цилиндрическую поверхность радиусом 2R, равным диаметру фокального круга. Затем кристалл изгибают так, чтобы его отражающая поверхность располагалась по радиусу фокального круга. При этом отражающие атомные плоскости изогнуты по диаметру фокального круга. Из схемы фокусировки, приведенной на рис. 3, видно, что лучи, отраженные от точек А, В и С кристалла, пересекутся в одной точке Р на фокальном круге.     Рис. 3. Схема спектрографа с фокусировкой по Иоганссону   Этот метод обеспечивает точную фокусировку и поэтому позволяет выбрать большой угол раствора кристалла j, При большой апертуре j легко получить стократный выигрыш в экспозиции по сравнению с методом плоского

Недостаток метода –сложность изготовления монокристальной пластинки. Спектрограф применяется для исследования коротковолнового участка спектра (0,6-1,7 Е) Фокусировка осуществляет-ся при прохождении рентгеновских лучей через тонкую монокристальную пластинку, изогнутую по радиусу, равному диаметру фокального круга.

колеблющегося кристалла. Недостатком метода Иоганссона является сложность изготовления монокристальной пластинки, вышлифованной по поверхности цилиндра. Спектрограф Иоганссона применяется для исследования только длинноволновых участков спектра. УЗ-2.1.3. Спектрограф с фокусировкой по Кошуа. Этот спектрограф применяется для исследования коротковолнового участка спектра. Фокусировка в нем осуществляется при прохождении рентгеновских лучей через тонкую (толщиной a) монокристальную пластинку, изогнутую по радиусу, равному диаметру фокального круга (рис. 4).   Рис. 4. Схема спектрографа с фокусировкой по Кошуа От фокусного пятна F, расположенного вне фокального круга, рентгеновские лучи падают на кристалл с выпуклой стороны и отражаются от атомных плоскостей, расположенных веерообразно (до изгиба эти плоскости располагались под углом a к плоской поверхности кристалла). Лучи, отражающиеся под одним и тем же углом j, сходятся на фокальном

		круге. Как и в методе Иоганна, фокусировка не получается резкой: лучи, отраженные от точек В и С, пересекаются с фокальным кругом в точках Р и Р'. Это связано с тем, что только точка А находится на фокальном круге, остальные точки лежат вне его. Ширина линий в спектрографе Кошуа определяется формулой b = (1/2) [(R /4) + а] tg (J ± a), (3) где а - толщина кристалла; j- угловой раствор кристалла; R - радиус изгиба кристалла; J - угол Вульфа -Брэгга; a - угол между отражающей плоскостью и нормалью к поверхности кристалла. Наблюдается также дополнительное уширение линии, обусловленное косым падением лучей на фотопленку и конечной высотой кристалла. В спектрографе Кошуа во избежание засвечивания пленки прямым пучком лучей со стороны малых углов J между источником лучей и кристаллом помещают многопластинчатую диафрагму М (щель Соллера), состоящую из расположенных веерообразно металлических пластинок, продолжения которых сходятся в общей точке на фокальном круге Р0. Длина этих пластинок и расстояние между ними ограничивают расходимость первичного пучка до требуемой величины. Метод Кошуа применяется для исследования спектрального интервала в области длин волн 0,6-1,7 Ǻ.
	2.2. Кристаллы для спектрографов и спектрометров
	Для качественного спектрального анализа (не высокая разрешающая способность и наибольшая яркость спектральных линий) используют мозаичные монокристаллы.	Выбор кристалла для спектрографа определяется целью исследования. Если предполагается провести качественный спектральный анализ, то в большинстве случаев высокая разрешающая способность не требуется, но желательна наибольшая яркость спектральных линий. В этом случае применяют мозаичные монокристаллы: каменную соль, алюминий. При исследовании тонкой структуры спектров необходима высокая разрешающая способность. В этом случае наилучшим кристаллом, может служить кварц, затем кальцит, гипс, флюорит, топаз. Кварц не имеет плоскости спайности, и пластинки нужной ориентации (10 0), (10 1) выпиливаются из большого монокристального блока.
	При исследовании тонкой структуры спектров необходима высокая разрешающая способность (кварц, флюорит, топаз).	В настоящее время для рентгеновских спектрографов применяют также кристаллы LiF, АDР (N Р ), КАР (КН ), ЕDDТ ( ). Для разложения в спектр ультрадлинноволнового рентгеновского излучения используют анализаторы на основе солей тяжелых металлов стеариновой, бегеновой и лигноцериновой кислот, (межплоскостные расстояния равны соответственно 50, 60 и 65 Е). Пленки из указанных солей (до 100 монослоев) наносят на твердую основу. В практике наиболее часто используют монокристальные пленки (псевдокристаллы) стеарата и лигноцерата свинца.
	УЭ-2.3. Эмиссионный метод рентгеноспектрального анализа
	По первичным спектрам могут быть определены на фокусирующих спектрографах элементы: длинноволновых – от S (Z=16) до Сu (Z=29) по К-серии и от Мо (Z =42) до Lu (Z= 71) по L-серии; коротковолновых – от Ni (Z=28) до Мо (Z=42) по К-серии и от Yb (Z=70) до конца таблицы Менделеева по L-серии	По спектрам первичного характеристического излучения при использовании фотографического метода регистрации могут быть определены следующие элементы: 1) на длинноволновых фокусирующих спектрографах от S (Z=16) до Сu (Z=29) по К-серии и от Мо (Z =42) до Lu (Z= 71) по L-серии; на коротковолновых фокусирующих спектрографах от Ni (Z=28) до Мо (Z=42) по К-серии и от Yb (Z=70) до конца таблицы Менделеева по L-серии. Необходимость применения для полного анализа двух типов спектрографов (длинноволновых и коротковолновых) вытекает из рассмотренных выше особенностей фокусирующих спектрографов. Вакуумные спектрометры со щелями Соллера и плоским вращающимся кристаллом, снабженные пропорциональным проточным счетчиком, позволяют проводить анализ всех элементов, начиная с В (Z=5). Для определения легких элементов используют псевдокристаллы - стеарат и лигноцерат свинца. При качественном и количественном анализе по первичным спектрам исследуемое вещество втирают в рифленую поверхность зеркала медного или алюминиевого анода рентгеновской трубки. После откачки трубки подключают высокое напряжение, превосходящее более чем в 1,5 раза потенциал возбуждения К- или L-серии самого тяжелого из анализируемых элементов, и получают спектрограмму.
	При качественном анализе изучают только положение спектральных линий, которое определяется путем промера расстояний неизвестных линий относительно стандартного вещества. Из промеренных расстояний методами линейной интерполяции или экстраполяции вычисляют длины волн анализируемых линий. Количествен-ный анализ по первичным спектрам чаще всего проводят методом внутреннего стандарта.	УЭ-2.3.1. Качественный анализ. При качественном анализе изучают только положение спектральных линий, которое определяется путем промера расстояний неизвестных линий относительно стандартного вещества (например, материала анода). Из промеренных расстояний методами линейной интерполяции или экстраполяции вычисляют длины волн анализируемых линий. При индицировании, проводимом по таблицам спектральных линий, следует учитывать погрешность определения длины волны и возможность нахождения линии в разных порядках. Расшифровка отдельной неизвестной линии в большинстве случаев оказывается невозможной, так как в таблицах спектральных линий вблизи найденного значения n есть линии, не выходящие за пределы погрешности определения длины волны Dl. Правильное индицирование линий возможно лишь после определения n для всех известных линий, полученных на спектрограмме. При индицировании учитывают относительную интенсивность спектральных линий: если на спектрограмме имеется линия данного элемента, то на ней должны быть и линии значительно более интенсивные (если они попадают в интервал регистрируемых углов J), то же относится и к L-серии, для которой линии располагаются по убыванию интенсивности в следующем порядке По мере уменьшения содержания данного элемента интенсивность его спектральных линий падает, слабые линии постепенно исчезают. Если на спектрограмме обнаруживается только одна самая сильная линия данного элемента, то по ней нельзя сделать однозначного заключения о наличии элемента в пробе. В этом случае необходимо получить другую спектрограмму той же пробы, но со значительно большей экспозицией. УЭ-2.3.2. Количественный анализ. Количественный рентгеноспектральный анализ по первичным спектрам чаще всего проводят методом внутреннего стандарта. В некоторых случаях применяют метод внешнего стандарта, значительно снижающий продолжительность анализа, но дающий меньшую точность.
	Метод внешнего стандарта снижает продолжительность анализа, но дает меньшую точность. k определяется: а) отношением количества возбужденных атомов пробы и стандартного элемента на аноде рентгеновской трубки; 6) отношением вероятностей соответствующих переходов между уровнями этих атомов. Элементы, влияющие на интенсивность линий стандарта или анализируемого элемента, называют мешающими.	В обоих случаях анализируемую пробу втирают в поверхность медного или алюминиевого анода. Измерение интенсивности спектральных линий проводят с помощью счетчика (газоразрядного или сцинтилляционного) или фотографированием спектра с последующим микрофотометрированием. При исследовании методом внутреннего стандарта интенсивность определенной линии анализируемого элемента сравнивают с близкой к ней линией стандартного элемента , введенного в пробу в точно известном количестве. При этом принимают, что (4) где k- переходной коэффициент; концентрации анализируемого и стандартного элементов соответственно. Переходной коэффициент k находится по смесям с известным содержанием анализируемого элемента. Величина k определяется: а) отношением количества возбужденных атомов пробы и стандартного элемента на аноде рентгеновской трубки; 6) отношением вероятностей соответствующих переходов между уровнями этих атомов. Теоретический расчет коэффициента k вызывает затруднения, поэтому обычно его определяют экспериментально. При проведении анализа необходимо строго соблюдать стандартные условия съемки и проявления. Коэффициент k должен периодически проверяться. Наличие других элементов в пробе может привести к изменению k. Например, если между краями поглощения стандартного и определяемого элементов находится яркая линия третьего элемента, то возникает дополнительное возбуждение элемента (в данном случае анализируемого), край поглощения которого расположен с длинноволновой стороны, и интенсивность линии этого элемента возрастает. Элементы, влияющие своим флуоресцентным излучением на интенсивность линий стандарта или анализируемого элемента, называют мешающими. При проведении количественного анализа необходимо учитывать присутствие мешающих элементов, внося поправку в переходной коэффициент k в формуле (4).
	Для учета селективного испарения пробы получают несколь-ко спектрограмм при нескольких различных и постоянно уменьшаю-щихся значениях силы тока через трубку. Погрешность анализа методом внутреннего стандарта составляет 1 – 10 %. В методе внешнего стандарта интенсивность линии определяемого элемента в пробе сравнивается с интенсивностью линии того же элемента в нескольких стандартных пробах с различным, но точно известным содержанием анализируемого элемента.	В процессе получения рентгенограммы возможно селективное испарение (т.е. предпочтительное испарение некоторых элементов, приводящее к изменению химического состава пробы). Селективное испарение растет с увеличением тока через рентгеновскую трубку, т.е. с нагревом анода. Для учета селективного испарения пробы получают несколько спектрограмм при нескольких различных и постоянно уменьшающихся значениях силы тока через трубку. Затем строят график зависимости определяемого содержания , элемента от анодного тока. Через полученные точки проводят кривую, которую экстраполируют к нулевому току, и затем определяют истинное значение . Погрешность анализа методом внутреннего стандарта составляет 1-10 % содержания определяемого элемента в пробе при условии, если его содержание превосходит в 15-20 раз предел чувствительности (0,7–1,0 %). При уменьшении содержания вероятная погрешность растет, достигая 100 отн. % на пределе чувствительности. В методе внешнего стандарта интенсивность линии определяемого элемента в пробе сравнивается с интенсивностью линии того же элемента в нескольких стандартных пробах с различным, но точно известным содержанием анализируемого элемента. В качестве внешнего стандарта используют также и чистые элементы. Подобное сравнение легко осуществляется в современных спектрометрах, позволяющих попеременно вводить в пучок электронов различные образцы без нарушения вакуума. Это, например, осуществляется в спектроанализаторе JРХ-З, выпускаемом японской фирмой «Джеол». Вакуумный спектрометр этой установки позволяет вести анализ на элементы от В (Z = 5) до U (U = 92) (волновой интервал 0,49-94 Ǻ). На столике-держателе одновременно устанавливают шесть образцов, которые поворотом рукоятки последовательно вводят в пучок электронов. Исследуемый образец автоматически вращается в собственной плоскости для устранения эффекта сегрегации. Пороговая чувствительность спектроанализатора составляет: 0,007 % В; 0,008 % С; 0,001 % А1; О,002 % Si в стали.
	УЭ-2.4. Микрорентгеноспектральный анализ
	Микроанализатор позволяет определить содержание анализируемого элемента в данной точке образца или распределение концентрации этого элемента вдоль определенного направления.	В настоящее время широко применяют спектрометры, позволяющие проводить анализ элементного состава в очень малых (локальных) объемах. Такие приборы названы микроанализаторами. Первые модели микроанализаторов разработали во Франции Р. Кастэн и А. Гинье, а в СССР - И. Б. Боровский и Н. П. Ильин. Микроанализатор состоит из электронно-оптической системы (сходной с электронным микроскопом), дающей узкий пучок электронов (электронный зонд). Электронный зонд возбуждает характеристическое излучение в микрообъеме анализируемого образца шлифа, который является анодом. Размеры фокального пятна на аноде (диаметр электронного зонда) составляет 0,1 - 3,0 мкм. Размеры области, излучение от которой выходит наружу от образца (локальный объем), зависят от ускоряющего напряжения, среднего атомного номера образца и его плотности. Этот объем может меняться от 0,5 до 300 . Возникающее в локальном объеме характеристическое излучение разлагается в спектр с помощью изогнутого кристалла, а интенсивность спектральных линий регистрируется счетчиком квантов рентгеновского излучения. Участок образца, облучаемый электронами, можно наблюдать с помощью длиннофокусного микроскопа, оптическая ось которого совмещена с точкой попадания электронного зонда на образце. Поэтому с помощью микроскопа, перемещая держатель образца, можно вывести под электронный зонд определенную точку металлографического шлифа. С помощью микроанализатора можно определить содержание анализируемого элемента в данной точке образца или распределение концентрации этого элемента вдоль определенного направления. Микроанализатор подобного типа выпускался в России под маркой МАР-1. Дальнейшим развитием микроанализатора Кастэна является растровый микроанализатор. В таком приборе имеется развертывающее устройство, которое заставляет перемещаться электронный зонд по строкам в пределах некоторой квадратной площадки исследуемого шлифа с линейными размерами 100-500 мкм.
	Кроме характеристического рентгеновского излучения образец также является источником обратнорассеянных и вторичных электронов.	Кристалл спектрометра и счетчик устанавливают в положение для регистрации определенной спектральной линии анализируемого элемента. Усиленные импульсы от счетчика используют для модуляции яркости свечения экрана (с длительным послесвечением) электронно-лучевой трубки, у которой развертка электронного луча действует синхронно с разверткой электронного зонда на поверхности образца. Благодаря этому на экране электронно-лучевой трубки получается увеличенное в 250 - 10 000 раз изображение (в характеристическом рентгеновском излучении исследуемого элемента) участка шлифа. Места, в которых присутствует данный элемент, выявляются на экране трубки в виде светлых пятен, яркость которых примерно пропорциональна содержанию элемента в данной точке образца. Кроме характеристического рентгеновского излучения образец также является источником обратнорассеянных и вторичных электронов. Поэтому дополнительно к счетчику рентгеновских квантов микроанализатор имеет еще другие детекторы, сигналы которых можно использовать для модуляции свечения экранов электронно-лучевых трубок. Схема расположения таких детекторов приведена на рис. 5. К числу дополнительных регистрирующих устройств относятся: детектор обратнорассеянных электронов, детектор вторичных электронов, измеритель прошедших электронов (для тонких образцов) и измеритель поглощенных электронов. Для исследования полупроводниковых материалов микроанализаторы снабжают измерителем термо- э. д. с. Рис. 5. Схема, иллюстрирующая получение информации об образце в микроанализаторе: 1 - образец; 2 - детектор обратнорассеянных электронов; 3 - детектор рентгеновских квантов; 5 - измеритель поглощенных электронов; 6 - измеритель прошедших электронов; ОЭ - обратнорассеянные электроны; ПЭ - первичные элекроны; ВЭ - вторичные электроны; РЛ - рентгеновские лучи
	Современный микроанализатор представляет собой очень сложную установку с высокой стабильностью всех электронных блоков. На рис. 6 приведена структурная схема микроанализатора МАР-2, выпускаемого в России.
Микроанализаторы позволяют проводить как качественный, так и количественный анализ на элементы, начиная от Ве (Z = 4) до U (Z=92).	Микроанализаторы позволяют проводить как к Поделиться: Поиск по сайту ©2015-2024 poisk-ru.ru Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование. Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных	 Поиск по сайту: Читайте также: Деталирование сборочного чертежа Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей? Собственные движения и пространственные скорости звезд Тема 11. Банковские риски и способы их оценки Опросник «Активность повседневной жизни» Интересно: Что такое энтеровирусная инфекция? Роль музыки в эстетическом воспитании Что такое объектно-ориентированное программирование Что такое современная опера Обратная связь