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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Überzuges, z. B. aus Zink, auf einer Unterlage, welcher Überzug aus einem einzigen Element oder aus einer Mischung, worin ein Element gleichmässig verteilt ist, bestehen kann, unter der Voraussetzung, dass der Überzug ein Element mit bekannter
Ordnungszahl enthält, welches in der Unterlage nicht enthalten ist, und diese bekannte Ordnungszahl wenig- stens um 1 höher ist als die Ordnungszahlen aller andern, in Basis und Überzug vorliegenden Elemente, wobei die Probe mit Röntgenstrahlen einer genügend hohen Energie zur Anregung des genannten Überzugselementes zur Aussendung von Fluoreszenzstrahlen bei seiner charakteristischen Wellenlänge bestrahlt wird und die Inten- sität der Fluoreszenzstrahlung über ein Filter gemessen wird.
Im Messwesen wird die Röntgenfluoreszenz zur Messung der Dicke eines Überzuges auf einem Substrat oder einer Unterlage herangezogen. Der hinsichtlich der Dicke gemessene Überzug kann ein Überzugselement mit einer Atomzahl (Ordnungszahl), die unter jener der Unterlage liegt, enthalten. In diesem Fall wird Röntgen- strahlung zur Anregung von Fluoreszenzstrahlung aus dem Überzugselement angewendet. Die Röntgenstrahlung kann jedoch auch Elemente der Unterlage zur Aussendung charakteristischer Fluoreszenzstrahlung anregen.
Ein
Detektor, der ein Proportionalzähler oder ein Szintillationszähler sein kann, wandelt die Fluoreszenzstrahlung in elektrische Impulse um, worauf ein Impulsamplitudendiskriminator nur jene elektrischen Impulse überträgt, die von der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes herrühren, und die elektrischen Impulse, die von
Elementen der Unterlage herrühren, unterdrückt. Zur eindeutigen Identifizierung und Aussonderung der Strah- lung kann gegebenenfalls auch ein geeignetes Filterpaar verwendet werden. Die Intensität der Fluoreszenz- strahlung des Überzugselementes bzw. die Häufigkeit der aus dem Impulsamplitudendiskriminator kommenden elektrischen Impulse steht zu der Überzugsdicke in Beziehung. Die Messung erfolgt häufig durch Vergleich mit einer Eichkurve.
Eine Zusammenfassung der bekanntesten Verfahren auf diesem Gebiet findet sich in "Spektrochemische Analysen mit Röntgenfluoreszenz"von Rudolf 0. Müller, Verlag R. Oldenbourg.
Wenn anderseits Röntgenfluoreszenz für die Dickenmessung eines Überzuges mit einem Element, dessen Atomzahl höher liegt als die des in der Unterlage enthaltenen Elementes, angewendet wird, so muss die Anregung des Überzugselementes zur Fluoreszenz unbedingt auch alle Elemente der Unterlage anregen. Ein Detektor und ein Impulsamplitudendiskriminator werden verwendet, um die Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes in diesem Fall in elektrische Impulse umzuwandeln, die proportional der Überzugsdicke sind. Dieses Messverfahren ist in der Arbeitsweise verhältnismässig langsam und nicht gut geeignet, wenn die Atomzahl des Überzugselementes dicht bei der Atomzahl der Unterlagselemente liegt.
Wenn das Überzugselement um eine, zwei oder wenige Atomzahlen niedriger liegt als jedes Element der Unterlage, so wird die Überzugsdicke mit Hilfe der Röntgenfluoreszenz unter Verwendung eines Filters bestimmt. Dabei wird eine Röntgenstrahlung verwendet, die sowohl das Überzugselement als auch das Unterlagselement zur Fluoreszenz anregt, wobei die Emission des Überzugselementes vor einem Hintergrund aus Fluoreszentstrahlung der Unterlagselemente liegt. Das Filter, welches vor dem Detektor angeordnet ist, filtert die Fluoreszenzstrahlung der Unterlagselemente aus oder dämpft sie und lässt verhältnismässig mehr von der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes zum Detektor durch. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes bzw. die Zahl der elektrischen Impulse am Ausgang des Detektors steht zu der Überzugsdicke in Beziehung.
Das Filter muss in diesem Fall aus einem Element sein, dessen Atomzahl gleich oder grö- sser als die des Überzugselementes und kleiner als die des Unterlagselementes ist.
Zur Messung der Zinkbelegung auf Eisen ist es nach der USA-Patentschrift Nr. 2,925, 497 bekannt, polychromatische Röntgenstrahlung und eine sekundäre Röntgenquelle aus Nickel, Kupfer, Zink oder Gallium anzuwenden. Durch die Sekundärstrahlung wird Eisen zur Fluoreszenzstrahlung angeregt, deren Intensität gemessen wird.
Die Verwendung von Filtern in solchen Messanordnungen ist z. B. aus der brit. Patentschrift Nr. 816,464 bekannt, wo für die Analyse von Zinkerzen, die Eisen, Blei, Kalzium und Magnesium enthalten, Germanium- - Kfx-Strahlung und ein Kupfer-Filter und für die Bestimmung der Zinkbelegung auf Eisen eine Sekundärstrahlung von Nickel, Kupfer, Zink oder Gallium und ein Kobaltfilter vorgeschlagen wird.
Die Erfindung wendet die Röntgenfluoreszenzmessung zur Bestimmung von Menge oder Masse eines Überzuges je Flächeneinheit einer Unterlage an, wobei der Überzug ein Element mit einer um mindestens 1 höheren Atomzahl als alle Elemente in dem Überzug und der Unterlage enthält. In manchen Anwendungsfällen kann die Masse des Überzugselementes je Flächeneinheit in Beziehung zur Dicke eines Überzuges auf einer Unterlage stehen. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber bekannten Messverfahren.
Das erfindungsgemässe Verfahren, welches die selektive Messung der Fluoreszenzstrahlung eines Überzugselementes zu messen erlaubt, wenn dieses Überzugselement die höchste Atomzahl von allen Elementen in dem Überzug und in der Unterlage hat, besteht darin, dass ein Bereich des Überzuges bestrahlt wird und aus der entstehenden Strahlung die darin enthaltenen Fluoreszenzstrahlungen anderer Elemente des Überzuges und der Unterlage einerseits und Streustrahlungen anderseits durch ein Filter aufgefangen werden, welches eine Absorptionskante besitzt, deren Wellenlänge etwas unter wenigstens einer der Wellenlängen liegen muss, bei de- nen das Überzugselement Fluoreszenzstrahlung emittiert,
so dass ein kleiner bekannter Prozentsatz der Fluores-
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zenzstrahlung und ein bekannter grosser Prozentsatz des Hintergrundes und der Streustrahlung absorbiert wer- den, die gefilterte Strahlung einem Detektor zugeleitet wird und das Ausgangssignal des Detektors mit einem
Standard-Signal, entsprechend einer bekannten Masse desselben Elementes pro Flächeneinheit, verglichen wird.
Das Filter ermöglicht ein praktisch optimales Verhältnis zwischen der durchgehenden Fluoreszenzstrahlung und der durchgehenden Hintergrund- und Streustrahlung bei der Anregungsenergie der Röntgenstrahlung, so dass sich die gefilterte Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes auf einem vorbestimmten höheren Pegel befin- det als die Kombination aus der gefilterten Hintergrund- und Streustrahlung.
Bei bekannten Röntgenfluoreszenzsystemen, die einen mit einem Impulsamplitudendiskriminator gekoppel- ten Detektor besitzen, sinkt die Empfindlichkeit, wenn die Differenz zwischen der Atomzahl des Überzugs- elementes und jener eines Elementes der Unterlage kleiner wird als z. B. 3,4 oder 5. Die Kombination aus
Detektor und Impulsamplitudendiskriminator besitzt viele Anwendungsbegrenzungen, wobei die wichtigsten die folgenden sind : (1) verhältnismässig lange Ansprechzeit bei Empfang von Impulsen bis zur Aussendung eines
Signals mit einer Auflösung, die für Messungen statistisch annehmbar ist ; und (2) eine prozentuell niedrige
Betriebswirksamkeit, da der Detektor direkt die Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes ermitteln soll, die nur einen kleinen Teil der Gesamtstrahlung ausmacht.
Diese Nachteile beschränken die Verwendung und machen die Steuerung eines kontinuierlichen Verfahrens hoher Geschwindigkeit unter Bestimmung entweder der
Dicke oder der Masse eines Überzuges je Flächeneinheit einer Unterlage unmöglich. Wenn die Ordnungszahl des Überzugselementes um eins, zwei oder nur wenig niedriger liegt als die des Unterlagselementes, wirkt das Filter zufriedenstellend, da die charakteristische Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung des Unterlagsele- mentes stets kürzer ist als die der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes.
Wenn jedoch der Unterschied zwischen dem Überzugs- und dem Unterlagselement grösser ist als wenige Atomzahlen (in diesem Fall würde eine Kombination aus Detektor und Impulsamplitudendiskriminator verwendet), wird das Filter unwirksam und filtert die gewünschte Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes heraus, während es selektiv die unerwünschte Fluoreszenzstrahlung des Unterlagselementes durchlässt.
Die Absorptionskante eines solchen Filterelementes, wie es in bekannten Systemen verwendet wird, muss bei einer Wellenlänge liegen, die kürzer ist als die charakteristische Wellenlänge der zu messenden Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes, jedoch länger als die charakteristische Wellenlängen der unerwünschten Fluoreszenzstrahlung des Unterlagselementes. Ein Filter, das diese Forderung erfüllt, ist nur denkbar, wenn das Überzugselement die niedrigste Atomzahl aufweist. Bei grösserer Differenz zwischen der Atomzahl des Überzugs- und der Atomzahl des Unterlagselementes ist das oben beschriebene Filter vollständig unwirksam, da die Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes stärker absorbiert wird als die Fluoreszenzstrahlung des Unterlagselementes.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens steigt mit der Differenz zwischen Atomzahl des Überzugelementes und Atomzahl des höchsten Elementes in Überzug oder Unterlage.
Zusätzlich zu den genannten Vorteilen erlaubt die Erfindung die Wahl eines gewünschten Verhältnisses von Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes zu Hintergrund- und Streustrahlung und die Wahl einer optimalen Beziehung von Filterdicke und Röntgenanregungsenergie, um das gewünschte Verhältnis zu bewirken.
Fig. l ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Röntgenabsorption eines Filterelementes im Bereich der K-Serie ; und Fig. 3 ist eine graphische Darstellung im doppelt logarithmischen Massstab, die die Röntgenabsorption eines Filters aus Zink, Nickel oder Eisen mit den charakteristischen Wellenlängen der Ka-Strahlung jedes dieser Elemente zeigt.
In Bezug auf Fig. l sollen die allgemeinen Prinzipien der Erfindung erläutert werden : Eine Röntgen- fluoreszenzmesseinrichtung-2-ohne Dispersion dient zur Messung der Masse eines Überzuges -4-- je Flächeneinheit eines Substrates oder einer Unterlage-6-.
Die Masse eines Überzuges je Flächeneinheit einer Unterlage kann, muss aber nicht zur Dicke des Überzuges proportional sein, was von der Art der Aufbringung abhängt. Der Überzug kann aus einem Überzugsmaterial gebildet werden, in welchem praktisch gleichmässig ein Element mit einer Atomzahl verteilt ist, die höher ist als die Atomzahlen aller andern Elemente in dem Überzugsmaterial und der Unterlage.
Wenn anderseits die Masse des Überzugselementes je Flächeneinheit kritisch ist, kann die Dicke des Überzugsmaterials ungleichmässig sein, während die Masse des Überzugselementes je Flächeneinheit konstant gehalten wird.
Ferner kann das Überzugsmaterial eine bekannte Menge eines Elementes, z. B. eines Spurenelementes, enthalten, wobei die Masse des Spurenelementes je Flächeneinheit proportional der Überzugsdicke ist. In manchen Anwendungsfällen kann das Überzugsmaterial ein einziges, direkt auf die Unterlage aufgebrachtes Element sein. In solchen Fällen ist die Masse des Überzugselementes je Flächeneinheit direkt der Überzugsdicke proportional.
Das Überzugsmaterial kann ein Überzugselement, wie Zink, Nickel oder Eisen, und ein bekanntes orga- nisches Bindemittel enthalten. Das Überzugsmaterial wird auf eine Unterlage aufgebracht, die entweder aus
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einem einzigen Element mit einer Atomzahl, die um mindestens 1 niedriger als die des Überzugselementes ist, besteht oder nur Elemente enthält, deren Atomzahl um mindestens 1 unter der des Überzugselementes liegt.
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auf einer nichtmetallischen Unterlage aufweisen.
Nach einer andern Möglichkeit kann die Unterlage aus einem metallischen Element oder einer Kombination nichtmetallischer und metallischer Elemente bestehen, wobei als einzige Bedingung gilt, dass die Atomzahl des schwersten Elementes um mindestens 1 niedriger sein muss als die des Überzugselementes (in diesem Beispiel Zink).
Der Röntgenstrahl --8-- besitzt eine Anregungsenergie, welche zur Fluoreszenzanregung des Überzugs-
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des Überzuges-4-. Der Röntgenstrahl --8-- regt gleichzeitig alle andern Elemente im Überzug und in der Unterlage an, wodurch eine Hintergrundfluoreszenzstrahlung entsteht. Gleichzeitig streuen der Überzug --4-und die Unterlag --6-- Röntgenstrahlung zurück. Die Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes, die Hintergrundfluoreszenzstrahlung der andern Elemente in Überzug und Unterlage und die Streustrahlung werden allgemein bei-14-gezeigt.
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-14-- ausfiltert.kürzer ist als mindestens eine der charakteristischen Wellenlängen der vom Überzugselement ausgesandten Fluoreszenzstrahlung.
Die Dicke des Filters-16-wird so gewählt, dass es selektiv die Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes durchlässt, unter Absorption eines bekannten Prozentsatzes, und die Hintergrund- und Streustrahlung stärker absorbiert, wobei ein bestimmtes bekanntes Verhältnis des Absorptionsausmasses für die gewählte Energie des Röntgenstrahles --8-- gilt. Das Filter 16--ist in einen Winkel relativ zum Röntgenstrahl-8-angeordnet, der nicht kritisch ist, und liegt im Weg der Fluoreszenzstrahlung von der bestrahlten
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die stärkste Fluoreszenz aufnimmt, die von dem Überzugselement stammt. Der Detektor --18- erzeugt ein Ausgangssignal, welches proportional zur Intensität der Fluoreszenzstrahlung vom Überzugselement ist, wie sie von der Messeinrichtung --2-- gemessen wurde.
Der Ausgang des Detektors führt zu einem Analysator --20- zur Anzeige, zum Vergleich u. dgl.
Der Analysator --20-- wird üblicherweise zum Vergleich des Ausgangssignals des Detektors -18-- mit einem von einer Bezugsunterlage mit bekannter Menge an Überzugselement je Flächeneinheit kommenden Bezugssignal. Das Bezugssignal kann z. B. standardisiert sein, indem ein an einer überzogenen Bezugsunterlage gemessener Wert dem Analysator fest eingegeben ist. Der Analysator --20-- bestimmt dann die Abweichung in bezug auf das Bezugssignal.
Wahlweise kann ein Schirm-22-zwischen dem Röntgenstrahl --8- und dem Filter-16-angeordnet
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länge, auf der Ordinate die relative Absorption. in Prozent (0/0 A) aufgetragen. Da die Atomzahl (Ordnungszahl) eines Elementes umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Wellenlänge ihrer charakteristischen Strahlung ist, ist die charakteristische Wellenlänge umso kürzer, je grösser die Atomzahl des Elementes ist.
Die Absorptionskurve-30-zeigt eine Absorptionskante bei einer bestimmten bekannten Wellenlänge --32--. Bei der Wellenlänge-32-fällt die relative Absorption des Elementes von einem Maximum (Spitzenpunkt - 34-) zu einem Minimum (Talpunkt-36-). Danach steigt die relative Absorption des Elementes wieder als Funktion der Wellenlänge an.
Für Zink mit der Atomzahl --30- liegt die Wellenlänge der Absorptionskante bei l, 283 A. lede Strahlungsenergie über 9, 658 keV kann Zink zur Fluoreszenz anregen und die Emission von Fluoreszenzstrahlung bewirken. Wenn Zink von einer Röntgenstrahlung mit zur Anregung der Fluoreszenz ausreichender Energie getroffen wird, wird sein K-Spektrum erzeugt, mit einer Kal-, einer Ka2-, einer Kssl- und einer Kss-Fluores- zenzstrahlung, die jeweils bei ihren charakteristischen Wellenlängen auftreten und bei grösseren Wellenlängen als jener der Absorptionskante liegen. Die Zink-Ka-Linie liegt bei 1, 435 Ä, die K < x-Linie bei 1,329 , die Kssl-Linie bei 1,295 und die Kss-Linie bei 1,284 .
In der graphischen Darstellung der Fig. 2 bedeuten die Linien-38, 40,42 bzw. 44-- die Kα1-, Kα2-, Kss1- bzw. Kss2-Fluoreszenzstrahlungslinie des Elementes. Die KtX-Fluoreszenzstrahlung (Linie-38--) weist die stärkste Intensität auf.
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Die gestrichelte Linie -46- in Fig. 2 stellt die Wellenlänge einer charakteristischen Strahlung aus einer Quelle dar, deren Anregungsenergie ausreichend hoch zur Fluoreszenzanregung des dargestellten Elementes und jedes andern Elementes mit einer niedrigeren Atomzahl ist. Die charakteristische Fluoreszenzstrahlung anderer Elemente mit niedrigerer Atomzahl tritt bei höheren Wellenlängen auf, z. B. bei Linie48 in Fig. 2. Ein
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charakteristische Fluoreszenzstrahlung eines leichteren Elementes (niedrigere Ordnungszahl) bei grösserer Wel- lenlänge, dargestellt durch die Linie-48-, wird unter stärkerer Absorption durchgelassen.
Wie in Zusammenhang mit der Absorptionskurve-30-der Fig. 2 bereits erläutert, lässt sich beim erfindungsgemässen Verfahren ein Verhältnis zwischen den vom Filter durchgelassenen Anteilen der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes und der Strahlung der andern Elemente des Überzuges und der Unterlage festlegen. Dieses Verhältnis steigt als Funktion der Differenz zwischen der Atomzahl des Überzugselementes und jener des Elementes mit der nächst niedrigeren Atomzahl in Überzug oder Unterlage.
Bei der Röntgenfluoreszenzeinrichtung-2-der Fig. l muss das Filter-16-hinsichtlich seiner Dicke und seiner Absorptionskoeffizienten so gewählt werden, dass ein optimales Verhältnis, welches meist nicht das maximale Verhältnis ist, zwischen der gefilterten Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes und der gefilterten Hintergrund- und Streustrahlung bei der gegebenen Anregungsenergie der Röntgenstrahlung besteht.
Dazu müssen einige Variable in Betracht gezogen werden : die Intensität des Gesamtsignals aus Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes, Hintergrundfluoreszenzstrahlung der andern Überzugs- und Unterlagselemente und Streustrahlung ; der Detektorrauschpegel, da die Intensität der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes über dem Rauschpegel des Detektors liegen muss (anderseits muss der Intensitätspegel der Fluoreszenzstrahlung unter dem Sättigungspegel des Detektors liegen) ; das Erregungspotential des Röntgenstrahles ; die Filterdicke, da die absorbierte Strahlungsmenge eine Exponentialfunktion des Filterabsorptionskoeffizienten für jede Strahlung und der Filterdicke ist.
Individuelle Kurven für das Verhältnis zwischen dem von der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes erzeugten Nettosignal und dem Detektorrauschpegel können als Funktion der Anregungsenergie der Röntgenstrahlung und der Filterdicke gezeichnet werden. Ausserdem kann eine Kurvenschar für das Verhältnis zwischen Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes und Hintergrund- und Streustrahlung als Funktion der Anregungsenergie der Röntgenstrahlung und der Filterdicke gezeichnet werden. Aus diesen Kurven ist eine Fläche der optimalen Betriebsverhältnisse bestimmbar.
Die Intensität (Ic) der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes, die das Filterelement passiert hat, ist eine Funktion der Intensität (Ioc) der Fluoreszenzstrahlung des Überzugselementes vor Durchgang durch das Filter, des Absorptionskoeffizienten (Inc) des Filters für diese charakteristische Wellenlänge und der Filterdicke (t r). Diese Beziehung wird durch die Gleichung (A) ausgedrückt :
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In ähnlicher Weise ist die Intensität der Hintergrund-und Streustrahlung (Ib), die durch das Filter geht, eine Funktion der Intensität der Hintergrundstrahlung (lob) vor Durchgang durch das Filter des Absorptionskoeffizienten (lob) des Filters für die Hintergrundstrahlung und der Dicke (tf) des Filters.
(Der wirksame Absorptionskoeffizient (lib) ist als Summe der Produkte aus dem Absorptionskoeffizienten für jede Wellenlänge,
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:I = K. I oc 1 P (C) 'ob= KIp KundK sind Konstante, die von den speziellen in dem Überzug bzw. in der Unterlage der Probe vorhandenen Elementen abhängen.
Das Signal-Hintergrund-Verhältnis K kann gemäss Gleichung (D) beschrieben werden :
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Durch Einsetzen entsprechender Variabler der Gleichungen (A), (B) und (C) in die Gleichung (D) kann das Signal-Hintergrund-Verhältnis K weiter definiert werden gemäss Gleichung (E) :
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Wie oben erwähnt, muss die durchgelassene Fluoreszenzstrahlung Ic auf einem Pegel sein, welcher grösser ist als der Rauschpegel (ND) des Detektors, um feststellbar zu sein. Die Beziehung zwischen diesen Pegeln kann als Faktor K bezeichnet werden und wird in Gleichung (F) dargestellt :
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Das Auswahlkriterium für das Filter in bezug auf die Hintergrundstrahlung ist K3 gemäss Gleichung (E), und das Filterkriterium in bezug auf das Detektorrauschen ist K gemäss Gleichung (F).
Für jeden Fall können Werte für K3 und K4 gewählt werden. Kl und K können empirisch abgeleitet wer- den, wobei (a) die notwendige Filterdicke tf und (b) die erforderliche primäre Strahlungsintensität I freigewählt werden können. Für ein gegebenes System mit einem festen Maximalwert Ip erlauben anderseits diese Gleichungen die Erforschung der Wirkung der Filterdicke auf das Signal-Hintergrund-Verhältnis K3 und das Signal-Rauschpegel-Verhältnis K.
In Fig. 3 ist eine Reihe von Absorptionskurven für Zink, Nickel und Eisen dargestellt.
Ausserdem wird die charakteristische Kal-Fluoreszenzlinie jedes dieser Elemente gezeigt. Um die Arbeitsweise eines Filters zu zeigen, sind die K < x-Fluoreszenzlinien für die Elemente Kupfer und Nickel einge-
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Die folgende Tabelle stellt die Atomzahl, die charakteristische Wellenlänge der Kot-Fluoreszenzstrahlung und die Wellenlänge der Absorptionskante für die genannten Elemente zusammen (diese Daten sind dem Buch "X-Ray Absorption and Emission in Analytical Chemistry" von H. A. Liebhafsky, Verlag John Wiley & Sons Inc., [1960]. entnommen).
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<tb>
<tb>
Element <SEP> Atom <SEP> - <SEP> Ka <SEP> - <SEP> Absorptionskante- <SEP>
<tb> zahl <SEP> X <SEP> (Ä) <SEP> X <SEP> (Ä) <SEP>
<tb> Eisen <SEP> (Fe) <SEP> 26 <SEP> 1,936 <SEP> 1, <SEP> 743 <SEP>
<tb> Nickel <SEP> (Ni) <SEP> 28 <SEP> 1, <SEP> 658 <SEP> 1, <SEP> 488 <SEP>
<tb> Kupfer <SEP> (Cu) <SEP> 29 <SEP> 1, <SEP> 541 <SEP> 1, <SEP> 380 <SEP>
<tb> Zink <SEP> (Zn) <SEP> 30 <SEP> 1, <SEP> 435 <SEP> 1, <SEP> 283 <SEP>
<tb>
Die Wirkung des Filters kann unter der Annahme, dass das Filter eine bestimmte Dicke t hat und die Anregungsenergie der Röntgenstrahlung dazu ausreicht, das Überzugselement zur Fluoreszenz anzuregen, beschrieben werden. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung ist proportional der Masse des Überzugselementes in der Fläche des Überzuges, die von der Röntgenstrahlung getroffen wird.
Zum Zweck der Illustration wird angenommen, dass das Überzugselement, welches zur Fluoreszenz angeregt werden soll, Zink ist und das Unterlagenmaterial aus Kupfer besteht. Zink hat die Atomzahl --30-- und Kupfer die Atomzahl-29-, so dass das Überzugselement in der Ordnung der Elemente höher liegt als das Element der Unterlage. Als Filter würde vorzugsweise Zink gewählt werden. Das Filter könnte jedoch auch ein Element sein, bei dem die Wellenlänge der Absorptionskante ein wenig kürzer ist als die charakteristische Wellenlänge des Überzugselementes. Die Absorptionskurve --60- für Zink zeigt, dass die Wellenlänge der Absorptionskante für Zink ein wenig kürzer ist als die charakteristische Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung,
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Fluoreszenzstrahlung und die Streustrahlung auftreffen.
Die Wellenlänge der Streustrahlung ist ein wenig kürzer als jene der Absorptionskante von Zink. Das Zinkfilter lässt die Fluoreszenzstrahlung unter Absorption eines bekannten Prozentsatzes selektiv durch, wobei der relative Absorptionsprozentsatz als Pegel-80-in Fig. 3 dargestellt ist. Gleichzeitig lässt das Filter selektiv einen Teil der Hintergrundfluoreszenzstrahlung von Kupfer unter stärkerer Absorption (bei einer prozentuellen Absorption gemäss dem Pegel-82-) durch. Ferner wird
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das Filter selektiv die Streustrahlung mit einer grösseren prozentuellen Absorption gemäss dem Pegel-84- filtern.
Demnach wird für ein Filter bestimmter Dicke und für eine gegebene Anregungsenergie ein optimales Verhältnis zwischen der durchgelassenen Fluoreszenzstrahlung des Überzuges und der durchgelassenen Hintergrund-und Streustrahlung erreicht, so dass die durchgelassene Fluoreszenzstrahlung sich auf einem vorbestimmten höheren Pegel befindet als die Kombination aus durchgelassener Hintergrund- und Streustrahlung.
Die Gleichung (E) zeigt, dass das Verhältnis von Signal- zu Hintergrundstrahlung von der Differenz der Absorptionskoeffizienten Wb und jc) des gewählten Filters für die Fluoreszenzstrahlung und die Hintergrundsowie Streustrahlung abhängig ist. Aus Fig. 3 geht hervor, dass die Differenz zwischen den Absorptionskoeffi- zienten (Jlb und pc) eines Filters immer positiv ist, wenn die Elemente im Überzug und der Unterlage im Vergleich zum gewählten Überzugselement eine niedrigere Atomzahl haben. Die Differenz steigt mit der Differenz der Atomzahlen an.
Deshalb kann das hier beschriebene Filter immer in bezug auf das Material und die Dicke so gewählt werden, dass es die Hintergrund- und Streustrahlung vom Überzug und von der Unterlage mit einem bekannten niedrigeren Pegel durchlässt als die Fluoreszenzstrahlung vom gewählten Überzugselement.
Wenn also die Differenz zwischen den Atomzahlen des Überzugs- und des Unterlagselementes steigt, wird das Verhältnis von Fluoreszenzstrahlung des Überzuges zur Hintergrund- und Streustrahlung besser.
Die Wahl eines Filters nach den genannten Kriterien ist für die Überwachung der Masse eines dünnen Überzuges je Flächeneinheit auf Papier anwendbar. In einer Anwendungsform wird eine Silber enthaltende Verbindung in einer Matrix aus organischem Bindemittel, in dem alle Elemente eine wesentlich niedrigere Atomzahl als Silber aufweisen, auf eine Papierunterlage aufgebracht. Ein Titandioxyd-Weissmacher wird der Mischung hinzugefügt. Ein Spurenelement, wie Zinkoxyd, wird der Mischung in einem bestimmten Verhältnis zur Silbermenge hinzugefügt, z. B. 100/0 Zinkoxyd, so dass eine Änderung der Masse des Zinkoxyd je Flächeneinheit einer Änderung der Masse des Silbers je Flächeneinheit proportional ist.
Das Zink mit der Atomzahl --30-- wird durch geeignete Röntgenstrahlung zur Fluoreszenz angeregt, mit einer Wellenlänge, die ein wenig kürzer als die charakteristische Wellenlänge von Zink ist. Die Röntgenstrahlung regt auch das Titan mit der Atomzahl-22-zur Fluoreszenz an. Die Kal-Linie von Titan tritt bei 2,748 auf und wird als Linie-90-in Fig. 3 dargestellt.
Durch ein Zinkfilter entsprechend der Absorptionskurve-62-in Fig. 3 wird die Absorption der Zink-
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-92-- liegt.Signal-Hintergrund-Verhältnis gemäss Gleichung (E).
Im obigen Beispiel wird ein Selbstfilter, d. h. ein Zinkfilter, zur Übertragung von Zink-Fluoreszenzstrahlung beschrieben. Bei manchen Anwendungsfällen kann es jedoch vorteilhaft sein, ein Filter aus einem Element zu wählen, welches um eine, zwei oder wenige Atomzahlen höher oder niedriger liegt, vorausgesetzt, dass die Wellenlänge der Absorptionskante des Filters ein wenig kürzer als die charakteristische Wellenlänge des Überzugselementes, insbesondere die Kal-Linie, die das Filter durchzulassen hat, liegt.
Manchmal wird die Wahl eines Filters durch praktische Erwägung auf ein Element beschränkt, dessen Atomzahl um eins, zwei oder wenig mehr niedriger liegt als die Atomzahl des Selbstfilters, wodurch das Passieren der charakteristischen Kal-Strahlung mit einem annehmbaren Signal- Hintergrund-Verhältnis auf Kosten der Absorption der charakteristischen Kss-und K ss-Strahlung ermöglicht wird. Nach einer andern Möglichkeit kann das Filter aus einem Element bestehen, dessen Atomzahl um eins, zwei oder wenig mehr höher liegt, wenn die physikalisch-chemischen Eigenschaften oder die Kosten die Verwendung des gewünschten Elementes als Selbstfilter verbieten.