ь. Перевагою методу є неруйнівний аналіз і можливість визначення малих концентрацій речовини.
. 4 Основи рентгеноструктурного мікроаналізу
Методика полягає в тому, що зразок поміщається в вакуумнуюкамеру електронного мікроскопа і опромінюється сфокусованим спрямованим електронним зондом високої енергії. Пучок електронів взаємодіє з приповерхневих ділянкою зразка в глибину становить всього кілька мікронів. Обсяг зони взаємодії залежить не тільки від прискорюючої напруги, але і від щільності матеріалу зразка так для масивної мішені він знаходиться в діапазоні від десятих часток до десяти кубічних мікрон. Процес генерації рентгенівського випромінювання є результатом непружного взаємодії між електронами і атомами зразка. Рентгенівське випромінювання з'являється в процесі емісії характеристичного випромінювання та емісії гальмівного випромінювання
Коли електрон високої енергії взаємодіє з атомом, він може вибити один з електронів внутрішньої електронної оболонки. У результаті атом перейде в збуджений стан, з вакансією в оболонці.
Перехід в нормальний стан здійснюється, коли один з електронів зовнішньої оболонки переходить на внутрішню, що супроводжується зміною його енергії, а величина зміни визначається унікальною для кожного хімічного елемента електронною структурою атома. Ця «характеристична» енергія може вивільнитися з атома двома способами. Один з них - емісія рентгенівського фотона з характеристичною енергією специфічної для даного переходу і, відповідно, вона різна для різних елементів. Другий спосіб - вивільнення Оже-електронів.
Емісія фотонів рентгенівського випромінювання фону проявляється, коли електрон падаючого пучка відчуває гальмування в електричному полі атома. Електрони, взаємодіючи з окремими атомами мішені, втрачають різну кількість енергії. Енергія таких фотонів має неперервний розподіл від нуля до величини прискорюючої напруги електронного зонда, тобто випускається при цьому спектр має безперервний характер.
Максимальна енергія фотонів гальмівного випромінювання відповідає енергії електронів пучка, повністю втратили енергію в результаті взаємодії з полем атома. Значення цієї енергії називається «межею Дуана-Ханта». Якщо зразок не має поверхневого заряду, межа Дуана -
Ханта дорівнює енергії падаючого пучка.
. 5 Методи детектування
Рентгенівські фотони мають властивостями частинок і хвиль та їх властивості можна охарактеризувати в термінах енергій або хвиль. Для рентгеноспектрального мікроаналізу можна використовувати енерго-дисперсійний спектрометр, який сортує фотони по їх енергії, або волнодісперсіонний спектрометр, що розділяє рентгенівське випромінювання по довжинах хвиль.
Будь-який сучасний електронний мікроскоп може бути оснащений рентгенівським спектрометром як додаткової приставкою. Найчастіше растрові і просвічують електронні мікроскопи оснащуються Енергодисперсійний спектрометрами, але деякі растрові електронні мікроскопи допускають установку одночасно двох типів спектрометрів - енергодисперсійний спектрометр і волнодісперсіоний спектрометр.
Системи енерго-діспесіонних спектрометрів (ЕРС) в механічному плані дуже прості - в них практично відсутні рухомі частини. ЕРС система зазвичай складається з трьох основних компонентів: джерело збудження, детектор, і блок збору і обробки даних. Рентгенівська трубка випромінює рентгенівські промені, які проникають в зразок, і атоми елементів цього зразка випромінюють характеристичні рентгенівські промені. Кількість елемента визначається шляхом підрахунку кількості цих променів. Відповідні рентгенівські промені уловлюються детектором і обробляються у вигляді спектра.
Характеристичні рентгенівські фотони направляються допомогою коліматора на кристал під певним кутом. Кристал дифрагує фотони, які направляються на детектор. У волно-дисперсионном спектрометрі використовуються сцинтиляційний або пропорційний лічильник.
Монокристал, зразок і детектор монтуються на гоніометрі з відстанню від джерела рентгенівського випромінювання і кристала, рівним відстані від кристала до детектора. Як правило, дослідження проводять у вакуумі для зменшення поглинання м'якого випромінювання в повітрі і, отже, покращують чутливість для виявлення і кількісного визначення легких елементів.
Сучасні системи використовують невелику кількість різних типів кристалів, і за допомогою автоматичної зміни кристала в залежності від енергії дозволяють аналізувати елементи всієї періодичної таблиці (за винятком дуже легких елементів).
. 6 Електронні мікроскопи
Електронний мікроскоп (ЕМ) - прилад, призначений д...
