ТЕМА РАБОТЫ Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) Студенты: Истракова Анастасия Романовна Шишков Станислав Юрьевич Группа: 4 МТМ-5 ДМ-094 Москва, 2013
История метода Метод рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) с электронным зондом возник в начале 50 -х годов во Франции и в СССР как результат объединения двух физических методов исследования вещества: рентгеновской спектроскопии и электронной микроскопии. Схема рентгеновского микроанализатора Кастена и Гинье: 1 – электронная пушка; 2 – диафрагма; 3 – первая собирающая электростатическая линза; 4 – апертурная диафрагма; 5 – вторая собирающая электростатическая линза; 6 – исследуемый образец; 7 – рентгеновский спектрометр; 8 – зеркало; 9 – объектив металлографического оптического микроскопа ВН – высокое напряжение.
Метод, по которому происходит исследование, как исследуется образец Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) – это метод определения состава вещества посредством анализа характеристического рентгеновского излучения. Исследуемый объект подвергается воздействию высокоэнергетического электронного пучка, который и вызывает рентгеновское излучение. Приставка «микро-» перед словом анализ означает, что метод позволяет исследовать микрообъём вещества, а не макроскопический фрагмент, как, например, при химическом анализе. РСМА является неразрушающим методом исследования. Существует большое количество аналитических методов, позволяющих использовать многочисленные типы сигналов генерируемых в образце при взаимодействии с электронным зондом. Рентгеновский микроанализ позволяет получать информацию об элементном составе образца – в смысле как концентрации элементов, так и их распределения.
Характеристическое излучение. «Характеристическая» энергия может высвободиться из атома двумя способами. Один из них – эмиссия рентгеновского фотона с характеристической энергией специфической для каждого перехода и, соответственно, для определенного элемента. Второй способ высвобождение т. н. электронов Оже. Типы сигналов, генерируемых электронным зондом
Регистрация и анализ характеристического излучения Анализ выходящего из образца характеристического рентгеновского излучения включает точное измерение длин волн (или энергий) и интенсивностей спектральных линий. Применяются два метода для проведения таких измерений. Первый метод основан на использовании рентгеновского спектрометра, в котором излучение разлагается в спектр с помощью кристаллаанализатора (происходит брэгговская дифракция на плоскостях кристаллической решётки). Этот метод принято называть спектрометрией с волновой дисперсией. В установке, реализующей второй метод, отсутствует диспергирующая система, детектор рентгеновских фотонов собирает всё идущее от образца излучение или большую его часть. Такой метод называют энергодисперсионной спектрометрией.
Сравнение параметров ВДС и ЭДС Характеристики ВДС Эффективность сбора Низкая – типичный телесный угол около рентгеновского 0, 001 стерадиан излучения ЭДС Более высокая – обычно 0, 005 -0, 1 стерадиан; ЭД детектор можно приблизить к образцу Требуемый ток зонда Высокий – обычно не менее 10 н. A из-за низкой эффективности сбора Низкий – вплоть до значений менее 0, 1 н. A Спектральное разрешение Хорошее – зависит от кристалла, обычно порядка 5 -10 э. В Хуже – зависит от энергии, обычно <133 э. В на линии Mn Kα, <65 э. В на линии C Kα Пределы обнаружения элементов <0, 01 %; в зависимости от матрицы и элемента могут достигать нескольких частей на миллион (0, 000 n %) Хуже, обычно 0, 1 -0, 5 % Медленная – элементы анализируются Скорость последовательно один за другим. выполнения анализа Последовательный анализ. Быстрая – все элементы анализируются одновременно. Параллельный анализ. Количественный анализ Легко - измеряется пик и вычитается фон Сложно – для деконволюции перекрывающихся пиков и вычитания фона требуются сложные алгоритмы Применение Требует более высокой квалификации и большего внимания от оператора. Относительно прост в применении благодаря высокой степени автоматизации
Сравнение параметров ВДС и ЭДС Сопоставление ЭДС (широкий желтый пик) и ВДС (три пика, фиолетовый) по спектральному разрешению
Качественный анализ Метод РСМА предназначен для определения элементного (химического) состава исследуемого объекта. Метод позволяет проводить качественный и количественный анализ. Задачей качественного анализа является определение всех химических элементов, входящих в состав исследуемого объекта. Качественный анализ применяется, когда о составе объекта ничего неизвестно, и необходим для последующего количественного анализа. Качественный рентгеноспектральный микроанализ возможен благодаря тому, что каждый химический элемент имеет набор характеристических линий с уникальными длинами волн. Процедура качественного анализа состоит в получении спектра рентгеновского излучения образца и последующей расшифровке.
Количественный анализ Количественный рентгеноспектральный микроанализ – это относительный метод, основанный на сравнении измеренной интенсивности рентгеновских линий, генерируемых в образце с интенсивностями соответствующих линий в надлежащем стандартном образце (эталоне) известного состава, при известных токах зонда и идентичных прочих аналитических условиях. Содержание элемента рассчитывается из отношения интенсивностей на образце и стандарте с известной концентрацией определяемого элемента в последнем. Для учета различий в составах образца и стандарта вводится поправка на матричные эффекты (под матрицей здесь подразумевается вещество, в котором находится анализируемый элемент).
(продолжение) Количественный анализ В случае если в качестве эталона выбран чистый элемент Однако, поскольку эталон и образец представляют разные по составу вещества, то фактически излучение будет возникать в разных условиях. Поэтому необходимо вводить поправки, учитывающие разницу матриц, в которых находится элемент A. Z – поправка на атомный номер A – поправка на поглощение F – поправка на флуоресценцию
Подготовка образцов ØОбразцы для РСМА подготавливают как обычные металлографические шлифы с использованием шлифования и последующей полировки до зеркального блеска. ØПоверхность образцов должна быть совершенно плоской и не иметь рисок и рельефа. ØВ любом случае исследуемый образец должен быть идеально чистым.
Вид снимаемой информации Цветное картирование Фрагмент спектра Карта распределения элементов
Область применения метода РСМА n n РСМА используется для исследования распределения компонентов и примесей в сталях и сплавах. При качественном анализе можно определять концентрацию практически любых элементов от бора до урана, а при количественном – от натрия до урана. В общем случае РСМА может быть использован для анализа металлов, стекол, керамики, различных композиционных материалов, а также широкого класса органических и биологических образцов.
Особенность использования этого метода Высокая локальность и возможность качественного и количественного определения состава прицельно выбираемых микрообъёмов в сочетании с неразрушающим действием пучка электронов открыли широкие перспективы применения РСМА в самых разнообразных областях науки и техники. Применение РСМА оказалось весьма эффективным, а иногда и единственным способом при решении следующих задач: - качественного и количественного анализа химического состава для идентификации различных фаз и включений; - анализа распределения элементов с целью изучения дендритной ликвации, микросегрегаций и т. п. ; -определения толщины различных покрытий на изделиях, а также исследования диффузионных процессов, например, при химикотермической обработке, спекании порошковых материалов и т. д.
Технические характеристики прибора, метода Рабочий ток Напряжение 150 x 10 -8 м. А 25 к. В Диапазон регистрируемых элементов: При качественном анализе При количественном от B до U от Na до U Локальность анализа 1 мкм 2 Глубина анализа 1 мкм Диапазон увеличений x 40 - x 400000 Погрешность 3 -5% Вакуум 10 -5 - 10 -6 мм рт. ст.
Внешний вид прибора «Суперпроб-733» ( «JCMA-733» , фирма JEOL, Япония)
Скачать презентацию ТЕМА РАБОТЫ Рентгеноспектральный микроанализ РСМА Студенты Истракова Анастасия
Презентация РСМА 26.pptx