Лекция 1. Введение в рентгеновский микроанализ в РЭМ

Структура лекции

  1. Общие понятия рентгеновского микроанализа
  2. Взаимодействие падающих электронов с образцом
  3. Обзор систем микроанализа

Общие понятия рентгеновского микроанализа

Рентгеновский микроанализ – метод химического анализа небольшой области твердотельного образца, в которой рентгеновское излучение возбуждается сфокусированным пучком электронов.

Рентгеновское излучение (р.и.) – это часть спектра электромагнитного излучения, лежащего в области коротких длин волн между 0,01 и 0,1 нм. Оно возникает при бомбардировке пучком электронов образца, обусловлено неупругим взаимодействием этих электронов с атомами образца. Рентгеновский спектр содержит линии, которые характеризуют присутствие данного элемента в пробе (образце) (рисунок 1).


Рисунок 1– Рентгеновский спектр Cu

Характеристическая составляющая спектра – часть спектра, которая образуется при взаимодействии падающих электронов с энергией, превышающей энергию связи электрона атома образца на одном из своих энергетических уровней, дальнейшей ионизацией внутренних оболочек атомов, возвращением атома в равновесное состояние переходом одного из электронов с внешних оболочек атома на i–оболочку с вакансией на внешней оболочке и сопутствующей этому потерей энергии в виде рентгеновского фотона с энергией, равной разности энергии начального и конечного возбужденного состояний.

Тормозная (непрерывная) составляющая спектра – часть спектра, которая образуется за счет торможения первичных электронов в сильных электромагнитных полях ядер атомов образца. В процессе неупругого взаимодействия электрон теряет часть энергии, которая переходит в энергию излучения рентгеновского фотона.

Рентгеновские фотоны – элементарные составляющие (кванты) рентгеновского излучения, энергия которых простирается от 100 эВ до 30 кэВ (до энергии падающих электронов).


Взаимодействие падающих электронов с образцом

Кванты либо фотоны рентгеновского излучения формируются пучком электронов в области падения пучка и взаимодействия с образцом под его поверхностью (рисунок 2), наряду с другими типами сигналов – отраженными электронами, вторичными, прошедшими.

Рисунок 2 – «Груша» взаимодействия падающих электронов с образцом


Обзор систем микроанализа

В систему микроанализа входят следующие составляющие: растровый электронный микроскоп (РЭМ), приставки для регистрации квантов рентгеновского излучения, программное обеспечение для построения и анализа спектров, проведения качественного и количественного рентгеновского микроанализа. Существуют по, несколько производители каждой составляющей: так наиболее известные РЭМ – это JEOL, FEI, Hitachi, CarlZeiss, приставки и ПО – Oxford, EDAX, Bruker (рисунок 3).




Рисунок 3 – Производители и разработчики оборудования для микроанализа