SU1117505A1 - Способ рентгеноспектрального анализа (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Способ рентгеноспектрального анализа, включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучени  элементов, вход по х в образец , по интенсивности которого суд т об искомой величине, о т л ичающийс  тем, что, с целью обеспечени  воспроизводимости результатов анализа легких элементов в услови х технического вакуума. поверхность анализируемого образца одновременно облучают пучками ионов и электронов, измен ют энергию и плотность потока пучка ионов до тех пор, пока интенсивность характеристического рентгеновского излучени  определ емого элемента не станет посто нной во времени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца при одновременном облучении его пучками электронов и ионов, 2.Способ ренгеноспектрального анализа , включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов W и регистрацию возбуждаемого при этом с характеристического рентгеновского излучени  элементов, вход щихв образец, по интенсивности которого суд т об искомой величине, о т л ичающийс  тем, что, с целью обеспечени  воспроизводимости результатов анализа в услови х технического вакуума,-поверхность анализируемого образца поочередно облу ел чают пучками ионов и электронов, измен ют энергию, плотность потока о ел пучка ионов и длительность его воздействи  до тех пор, пока интенсивность характеристического рентгеновског .о излучени  определ емого элемента не станет посто нной во времени , затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов.

Description

1 Изобретение относитс  к рентгено кой спектроскопии, в частности к ме тодам рентгеноспектрального анализа с возбудцением рентгеновского излучени  электронной бомбардировкой, и может быть использовано в ультрам гкой рентгеновской спектроскопии, дл  рентгеноспектрального анализа легких элементов и дл  рентгеновско го электронно-зондового микроанализ Известен способ рентгеноспектрал ного анализа, в котором вли ние загр знени  поверхности анализируемого образца снижают.улучша  вакуум вблизи поверхности образца с помощью охлаждаемой пластины IJ . Однако при этом снижаетс  лишь скорость образовани  загр знени , но избежать его вли ни  не удаетс  Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  спо соб рентгеноспектрального. анализа, включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облу чение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучени  элементов, вход щих в образец, по интенсивности которого суд т об искомой величине 2J . Недостаток известного способа состоит в том, что при сравнительно высоком давлении остаточных газов (пор дка 10 -10 Па) в так назьшаемом техническом вакууме, в приборах, где может быть осуществлен этот способ, на поверхност предварительно очищенных образцов в процессе рентгеноспектрального анализа под воздействием электронного пучка образуетс  пленка твердых полимеризованных углеводородов сильно поглощающа  м гкое рентгено ское излучение легких элементов. Кроме того, в этой пленке тер етс  энерги  электронного пучка. В резул тате уменьшаетс  интенсивности рентгеновского характеристического излучени  легких элементов образца , снижаетс  воспроизводимость регистрируемой интенсивности рентг новского излучени . Цель изобретени  - обеспечение воспроизводимости результатов анализа легких элементов в услови х технического вакуума. Поставленна  цель достигаетс  тем. что согласно способу рентге о 52 спектрального анализа, включающему предварительн то очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрадаю возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучени  элементов, вход щих в образец , по интенсивности которого суд т об искомой величине, поверхкость анализируемого образца одновременно облучают п чками ионов и электронов, измен ют энергию и плотность потока пучка ионов до тех nopj пока интенсивность характеристического рентгеновского излучени  определ емого элемента не станет посто нной во времени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца при одновременном облучении его пучками электронов и ИОНОБ. . По второму варианту поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу рантгеноспектрального анализа , включающему предварительную очистку образца с помощью пучка ионов , облучение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентге-. новского излучени  элементов, вход щих в образец, по интенсивности которого суд т об искомой величине, поверхность ана.тизируемого образца поочередно облучают пучками ионов и электронов, измен ют энергию и плотность потока пучка ионов и длительность его воздействи  до тех пор, пока иктенсиБность характеристического рентгеновского определ емого элемента не станет посто нной во времени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов. Скорость адсорбции паров и газов поверхностью образца в конкретном 1риборе определ етс  конструкцией последнего и свойствами примен емых В нем материалов (вакуумных масел, уплотнителей и т.д.). Скорость же об разовани  полимеризованных углеводородных пленок на поверхностк образца под воздействием электронного пучка электронов зависит как от пар;циального давлени  углеводородов в прибореS так и от тока пучка электронов . Поэтому дл  определенного тока пучка электронов величины параметров пучка ионов (энергию и плотность тока) определ ют индивидуально дл  каждого конкретного прибора, чтобы при одновременном воздействии на образец электронного и ионного пучков его поверхность оставалась свободной от загр знений При воздействии на образец пучка ионов с большой плотностью тока в спектрометрическом канале регистрируетс  значительный фон, преп тствующий измерению малых интенсивностей рентгеновского характеристическ го излучени  образца. Образование фона обусловлено возникновением све т щегос  облака над поверхностью, бомбардируемой пучком положительных ионов. Это облако излучает в видимо и ультрафиолетовой област х, в кото рых используемый в спектральном кан ле фотокатод обладает заметной чувствительностью . Поэтому, чтобы уменьшить фон от светового излучени  образца следует снижать ионньм ток. При измерении малых интенсивностей рентгеновского излучени , когда интенсивность фона от ионного пучка по пор дку величины близка к интенсивности характеристического рентгеновского излучени ,стрем тс  использовать большие токи электронного пучка дл  повьш1ени  чувствительности рентгеноспектрального ана лиза. Однако при этом возрастает ск рость полимеризации углеводородных пленок (нагара) на поверхности образца. Поэтому дл  посто нного уд лени  загр знений в случае больших электронных токов необходимо использовать более высокие плотности тока пучка ионов. В этом случае .предлагаетс  второй вариант способа Длительность воздействи  электронов на образец определ етс  следуюш м критерием; за это врем  п воздействием пучка электронов на по верхности образца должен полимеризо ватьс  углеводородный слой такой толщины, что поглощением в нем характеристического излучени  определ емого элемента можно пренебречь , т.е. за это врем  регистра руема  интенсивность излучени  долж на оставатьс  посто нной в пределах погрешности измерений. 054 Длительность воздействи  пучка ионов на образец зависит от толщины сло  загр знений, образовавшегос  за врем  воздействи  пучка электронов , Интенсивность рентгеновского излучени  регистрируют только в период облучени  пучком электронов, чтобы избежать вли ни  фонового изл чени . Параметры пучка ионов (ускор ющее напр жение, плотность тока, длительность воздействи ) определ ют предварительно следующим образом. Энергию ионов устанавливают наименьшей, но такой, при которой обеспечиваетс  необходима  плотность тока и скорость травлени . Уменьшение энергии нулсно дл  снижени  воздействи  ионного пучка на приповерхностный слой образца, плотность ионного тока (в случае одновременного воздействи  электронного и ионного пучков) или длительность его воздействи  тоже должны быть минимальными . В качестве контрольной точки спектра выбирают максимум интенсивности характеристической линии определ емого элемента или дл  снижени  времени измерений - максимум соседней линии, если интенсивность ее больше, а коэффициент поглощени  в слое загр знений равен или больше коэффициента поглощени  аналитической линии. В выбранной таким образом контрольной точке спектра измер ют интенсивность рентгеновс1 ого излучени  в зависимости от времени, сначала при малых значени х ионного тока, а затем ионный ток увеличивают до тех пор, пока интенсивность не станет посто нной. При этом режиме и провод т рентгеноснектральные измерени : записьшают участок спектра или измер ют ийтенсивность b максимуме анализируемой линии. По второму варианту способа плотность потока пучка ионов устанавливают сразу большой а длительность воздействи  подбирают наименьшей так, чтобы обеспечить посто нство интенсивности в контрольной точке спектра. На чертеже изображены спектры вторичного излучени  от литиймагниевого сплава, полученные по известному (спектр слева) и по предлагаемому (справа) способам. Пример 1. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 провод т измерени  воспроизво/щмости интенсивности в максимуме К-полосы берилли  в чистом бериллии. Длина волны К-полосы берилли  11,4 А, и это излучение сильно поглощаетс  в слое загр з нений. Поверхйость образца измерени ми очищают непосредственно в вакуум камеры (давление ЗЮ- Па) пучком ионов аргона с энергией 10 кэВ и плотностью тока 70. мкА/см в течение 15 мин. Затем возбуждают рентгеновское излучение берилли  облучен 1ем пучком электронов с энергией 5 кэВ и током 0,3 мкА. Интенсивность К-серии берилли  падает за 30 мин на 20%. После этого подбирают режим облучени  пучком ионов, обеспечивающий посто нство измер емой интенсивности при одновременном воздействии на образец пучков электронов иионов. Устанавливают минимальное (наименьшее дл  данного устройства) значение энергии ионов 2 кэВ. Сначала устанав ливают плотность ионного тока 0,1 мкА/см. При этом уменьшение интенсивности К-серии берилли  замедл етс , но не прекращаетс . Постепен но увеличивают плотность ионного тока , при этом скорость изменени  инте сивности характеристического излучени  берилли  снижаетс  и при достиже нии плотности пучка ионов 1 мкА/см измер ема  интенсивность становитс  досто нной. Пример 2. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 регистрируют спектр литий-магниевого сплава (литий 6%, магний 94%). Аналогично примеру 1 поверхность образца предварительно очищают пучком ионов и по бирагот параметры пучка ионов, обеспе чивающие посто нство интенсивности L(, ,L|n -серии характеристического излучени  магни . Спектр регистрируют при одновременном воздействии пучков электронов (3 кэВ, 0,3 мкА) и ионов (2 кэВ, 0,1 мкА/см2). На чертеже справа показана автоматическа  запись спектра согласно предлагаемому способу. Слева дл  сравнени  приведена запись того же участка спектра, произведенна  известным способом. В отличие от левого спектра на спектре справа отчетливо вгодна К-полоса лити  и заметно увеличиваетс  интенсивность Ь(, ,(„ -полосы магни . Пример 3. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 на образце чистого лити  при ускор ющем напр жении 10 кВ и токе электронного пучка 0,4 мкА, а также одновременном воздействии на образец пучка ионов с энергией 2 кэВ и плотностью тока 1 мкА/см получена интенсивность К-полосы лити  250 имп./с. Величина фона от пучков электронов и ионов составл ет соответственно 1,5 и 2 имп./с. По этим данным можно определить предел обнаружени  концентрации лити  в образцах сложного состава по формуле С по г 100% 3,29/(п. С. p.-p/Ef где общее врем  измерени  интенсивности рентгеновского излучени , п - число измерений Р - интенсивность ренгеновского излучени  на чистом элементеi , В - интенсивность фона. В случае измерений, проводимых по первому варианту, фон составл ет вел1тчину 3,5 имп./с, а предел обнаРЗ .жени  концентрации лити  при п 4, € 100 с, В 3,5 с- , Р 250 с С 0 100% 3,29/(4.100 2502/3,5) 0,125%. тт Дл  уменьшени  предела обнаружени  используют второй вариант способа . Так же, как и в примерах 1 и 2 поверхность образца предварител7ьио очищают пучком ионов, а затен устанавливают энергию и плотность пучка ионов, а также длительность его воздействи  такими, чтобы во врем  облучени  поверхности образца пучком электронов регистрируема  интенсивность в контрольной точке спектра оставалась посто нной. Так, при приведенных параметрах пучка электронов и времени его воздействи  на поверхность , равном одной секунде , достаточно облучать образец пучкам ионов с энергией 2 кэВ и плотностью тока 70 мкА/см в течение

0,015 с, чтобы устранить загр знени , образующиес  на поверхности образца за врем  воздействи  пучка электронов и не привод щие к изменению регистрируемой интенсивности.

При этом предел обнаружени  концентрации лити  (n 4,t 100 с, В 1,5 Р 250 с-) составл ет

С„о Я00% з,29/(4 .100.250V1,5/ J

0,08%.

Таким образом, при использовании второго варианта способа предел обнаружени  концентрации лити  уменьшаетс  с 0,125 до 0,8%, т.е. в 1,5 раза.

IjUMn/C

Приведенные примеры показывают эффективность применени  предлагаемого способа в рентгеноспектральном анализе в услови х, когда на воспроизводимость рентгеноспектральных измерений существенно вли ет частота поверхности образца.

Изобретение найдет применение прежде всего в локальном рентгеноспектральном анализе и в рентгеновской ультрам гкой спектроскопии,позволит не только повысить достоверность пoлyчae a lx данных, но и расширить область изучаемых объектов за счет легких элементов и образцов с легкоокисл ющейс  поверхностью.

Claims (2)

1. Способ рентгеноспектрального анализа, включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине, отличающийся тем, что, с целью обеспечения воспроизводимости результатов анализа легких элементов в условиях технического вакуума, поверхность анализируемого образца одновременно облучают пучками ионов и электронов, изменяют энергию и плотность потока пучка ионов до тех пор, пока интенсивность характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента не станет постоянной во времени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца при одновременном облучении его пучками электронов и ионов.

2.Способ ренгеноспектрального анали за,включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине, отличающийся тем, что, с целью обеспечения воспроизводимости результатов анализа в условиях технического вакуума/ поверхность анализируемого образца поочередно облучают пучками ионов и электронов, изменяют энергию, плотность потока пучка, ионов и длительность его воздействия до тех пор, пока интенсивность характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента не станет постоянной во времени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов.