1.3.2 Качественный рентгеновский микроанализ

Первой стадией анализа неизвестного образца является идентификация присутствующих в нем элементов, т. е. качественный анализ. При проведении качественного анализа, прежде всего, необходимо знание точных энергий характеристических рентгеновских пиков для каждого элемента.

Второй важной частью является понятие о серии рентгеновских пиков для данного элемента. Если энергия пучка выше критической энергии возбуждения оболочки или подоболочки, они ионизируются, и будут иметь место все возможные с участием этих оболочек переходы, приводя к появлению целой серии пиков данного элемента, которая будет усложняться по мере усложнения электронной структуры его атома. При энергии пучка 15 кэВ или выше будут возбуждаться все возможные линии элемента в диапазоне энергий от 0,75 до 10 кэВ. Присутствие в спектре всех возможных линий элемента повышает достоверность идентификации этого элемента. Линии элемента должны появляться все вместе, поэтому отсутствие какой-либо линии должно немедленно наводить на мысль о том, что идентификация проведена неверно и что в данном энергетическом диапазоне следует искать другие возможные элементы.

1.3.3 Количественный рентгеновский микроанализ

Используя неразрушающую технику рентгеновского излучения, с помощью РМА и РЭМ можно провести количественный анализ состава области массивного образца размером примерно 1 мкм³. При исследовании образцов в виде тонких пленок и срезов органических материалов размер анализируемого объема уменьшается приблизительно в 10 раз от значения для массивных образцов. Для анализа металлов и сплавов обычно используется метод трех поправок, предназначенный для учета влияния на генерацию друг друга атомов различных элементов. В качестве эталонов можно использовать чистые элементы или сплавы, причем поверхности образцов и эталонов должны тщательно готовиться к анализу и анализироваться в идентичных экспериментальных условиях.

1.3.4 Детектирование и счет: энергодисперсионный анализ

Поскольку рентгеновское излучение отклонить мы не можем, детектор в камере микроскопа должен быть установлен так, чтобы ничего не находилось между ним и образцом. А для того, чтобы детектор мог собрать максимальное количество рентгеновского излучения, он должен находиться как можно ближе к образцу. Также порог чувствительности микроанализа ограничивается окошком (бериллиевым или органическим), которое предотвращает образование конденсата (из-за низкой температуры, которая достигается за счет использования жидкого азота), а также попадание загрязнений на кристалл. Как правило, за счет собственного поглощения излучения окошком, анализ при ускоряющем напряжении ~1 кВ невозможен. Этого можно было бы избежать, используя системы, которые не используют предохранительных окошек, однако для их работы необходим высокий вакуум.

1.3.5 Метод трех поправок (zaf коррекция)

Во всех методиках количественного микроанализа твердых тел используются эталоны известного состава. Во многих случаях, особенно для металлов, в качестве эталонов пригодны чистые элементы. При количественном анализе измеряется отношение относительных интенсивностей рентгеновского излучения исследуемого элемента в образце и в эталоне. Как образец, так и эталон исследуются в одинаковых экспериментальных условиях. Отношение измеряемых интенсивностей, обычно обозначаемое через k, должно определяться точно, иначе любая методика количественного анализа будет приводить к погрешности.

После того как значения k_i получены, необходимо провести коррекцию на несколько эффектов, включающих:

-различия в рассеянии и торможении электронов в образце и эталоне, так называемый эффект атомного номера, выражаемый фактором Z_i;

-поглощение рентгеновского излучения в образце A_i;

-эффекты флуоресценции F_i и в некоторых специальных случаях флуоресценцию за счет непрерывного рентгеновского излучения.

В общем случае выражение для поправок имеет вид:

, (1.3)

где ‑ весовая доля интересуемого элемента.

Этот метод часто называют методом трех поправок (ZAF) [29,30].