Рентгеноспектральний мікроаналіз

Здійснюється за допомогою електронного мікрозонда. Це дає змогу одержувати інформацію про розподіл компонентів у матеріалі з мікронним розділенням 0,1-3,0 мкм. За допомогою цього аналізу вирішуються такі питання:

- дослідження мікросегрегацій (неоднорідностей в розподілі складу)

- ідентифікація включень і виділень у твердих тілах

- дифузійні дослідження

- дослідження тонкоплівкових матеріалів і зміцнених поверхневих шарів

- дослідження поверхневих ефектів.

Мікрорентгеномний аналіз застосовують у:

- геології

- біології

- мікроелектроніці

- поліграфії

- виробництво кераміки і т.д.

Мікроаналіз із електронним зондом виник як результат розвитку двох методів:

- електронної мікроскопії

- рентгеноспектрального аналізу як потужного методу хімічного аналізу

Перший патент був одержаний у 1947 році.

Основні виробники приладів: HITACHI, IEOL,PHILIPS, SIEMENS, Cameca, Cambridge Instrument, CEAMI (м.Суми).

Основні положення

Основна ідея рентген.мікроаналізу така: пучок електронів d≈0,5 мкм падає на поверхню зразка,і, взаємодіючи з атомами зразка, генерує рентгенівське випромінювання. Вимірюючи довжину хвилі та інтенсивність цього випромінювання можна визначити , які елементи присутні у зразку і яка їх концентрація.

Схема проникнення електронів у зразок при мікрорентгеноспектральному аналізі (МРСА).

1 – межа зони максимального проникнення

2 – межа зони проникнення електронів з енергіями, більшими за енергію краю смуги поглинання

3 – відбиті електрони

4 – первинний пучок електронів

5 - рентгенівські промені, що реєструються аналізатором

Як відомо, у зразку відбувається взаємодія електронів двох типів:

- пружна взаємодія, коли електрони зіштовхуються з ядрами атомів, змінюючи напрямок свого руху, проте їх енергія залишається незмінною. Деякі електрони при поверхневих шарах змінюють напрямок свого руху більш ніж на 90⁰ і покидають зразок, не спричинивши генерації рентгенівських променів. Це відбиті електрони, або так званий ефект зворотного розсіювання. Він посилюється із зростанням номера елемента.

- непружна взаємодія, коли електрони взаємодіють з електронними оболонками атома, спричинюючи появу рентгенівських променів. Це неперервний і характеристичний спектр рентгенівського випромінювання. Інтенсивність характеристичного випромінювання безперервно зростає із збільшенням енергії електронів. Відношення інтенсивностей характеристичного і неперервного випромінювання у спектрі, яке зазвичай називається відношенням «лінія /фон» залишається практично постійним за умови, що енергія електронів принаймні втричі перевищує енергію краю смуги поглинання досліджуваного елемента. В оптимальних випадках це відношення досягає 2000:1.

Загалом електрони встигають пройти шлях у зразку 1-3 мкм до того моменту, коли їх енергія стане недостатньою для генерації рентгенівського випромінювання.

Ефективний розмір плями контакту променя із зразком визначають наступним виразом: S = 0,033(V^1,7-V_k^1,7)*A / (ρ*z), де

S – ефективний розмір плями зразка

V – енергія електронів

V_k – енергія, що відповідає краю смуги поглинання елемента з атомним номером z і атомною масою А

ρ – густина матеріалу зразка

Чутливість аналізу за допомогою електронного зонду відносно невелика. Вона нижча, ніж чутливість, яка досягається у традиційній фото спектроскопії, проте цінність методу електронного зонда полягає в першу чергу на в його чутливості, а в високій локальності, тобто в здатності виконувати аналіз найдрібніших об’ємів матеріалу.

Задачі на метод домішок

Сутність – спочатку визначають оптичну густину А_х аналізованого розчину, який містить досліджуваний компонент невідомої концентрації.

А_х визначають за поглинанням ε по приладу фотоколориметру, тому метод називається фотоколориметрія.

Після цього в цей розчин додають відому кількість досліджуваного компонента С_сm. І цей розчин знову міряють А_х+сm, після цього розраховують С_х: С_х= С_сm*А_х / А_х+сm –А_х

Типова задача

Після розчинення 0,25 г сталі розчин добавили до 100,00 мл. Далі цей розчин розлили в три колби місткістю по 50,00 мл кожна налили по 25,00 мл і добавили до рівня 50,00 мл:

1. В першу колбу – стандартний розчин, який містить 0,50 мг Ті +розчин Н₂О₂+Н₃РО₄

2. В другу – розчин Н₂О₂+Н₃РО₄

3. В третю – Н₃РО₄

Ці три колби піддали фотоколориметруванню на приладі, а саме два перших відносно третього (нульового). У сумі одержали значення А_х+сm =0,650, А_х=0,250.

Розрахувати масову частку в % титана в сталі.

Розв’язок

1. Визначаємо концентрацію титану, доданого зі стандартного розчину:

С_сm = 0,50/50,00=1,00*10^-2 мг/мл

2. Розраховуємо концентрацію титану аналізованого розчину:

С_х= С_сm*А_х / А_х+сm –А_х = 1,00*10^-2*0,250 / (0,650-0,250)=6,25*10^-3 мг/мл

3. Визначаємо масу титану у взятій пробі:

m= (6,25*10^-3*50,00*100,00) / 25,00 = 1,25*10^-3 г

50,00 – об’єм колби при досліді

100,00 мл – вихідний об’єм розчину сталі

25,00 мл – об’єм розчину першої колби з доданим титаном

4. Розраховуємо масову частку титану у відсотках пробі сталі:

W_Ті=1,25*10^-3 *100% /0,2500 г = 0,50% Ті.

22.11.2011