Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Том 1 - Гоулдстей Дж.
Скачать (прямая ссылка):
8.7. АНАЛИЗ ЛЕГКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Количественный рентгеновский микроанализ длинноволновых Ка-линий легких
элементов (Be, В, С, N, О и F), а также длинноволновых La-линий (Ti, Сг,
Мп, Fe, Со, Ni, Си, Zn) представляет собой трудную задачу. При измерении
длинноволнового (^3=12А) низкоэнср'гетического (^1 кэВ) рентгеновского
излучения велико поглощение первичного излучения, и модели поправок,
разработанные для количественного анализа в области легких элементов,
могут оказаться 'неприемлемыми. Обычно необходимо вводить значительную
поправку на поглощение, а значения массовых коэффициентов поглощения для
длинноволнового рентгеновского излучения известны, к сожалению,
недостаточно точно. Такое низкоэнергетическое рентгеновское излучение
регистрируется с помощью кристалл-дифракционных спектрометров при
использовании кристаллов с большим меж-плос костным расстоянием d.
Детектор с дисперсией по энергии не может зарегистрировать такое (с
энергией =g:l кэВ) излучение из-за поглощения рентгеновского излучения в
Ве-окне детектора (гл. 5).
Влияние эффекта поглощения может быть уменьшено при проведении анализа
при низких энергиях электронов пучка Ео и больших углах выхода
рентгеновского излучения ф. Чем больше угол выхода, в приборе, тем короче
длина пути, на, котором рентгеновское излучение испытывает поглощение в
образце. При низких ускоряющих напряжениях уменьшается глубина
проникновения электронного, пучка, и рентгеновское излучение генерируется
ближе к поверхности (гл. 3). На рис. 8.23 показано изменение
интенсивности излучения В*а с напряжением для различных боридов [235].
Максимум интенсивности линии Вка имеет место при ускоряющем напряжении
10-15 кВ в зависимости от образца. Появление максимума обусловлено
действием двух противоположных факторов: во-первых, повышением ин-
Практические методы рентгеновского анализа
155
Рис. 8.23. Зависимость интенсивности излучения ВКа от ускоряющего
напряжения для различных боридов [235].
О 5 10 15 20 25 30 Ускоряющее напряжение,кВ
теней внести рентгеновского излучения с возрастанием ускоряющего
напряжения и, во-вторых, усилением поглощения из-за того, что с
возрастанием энергии электронов пучка рентгеновское излучение
генерируется глубже в образце. В максимуме интенсивности эти факторы
взаимно компенсируют друг друга. Анализ легких элементов, или
низкознергетичеокий микроанализ, выбранного образца выполняется обычно
при ускоряющем напряжении, соответствующем максимуму интенсивности.
Однако даже при выборе оптимальных значений Ео и ф эффект поглощения в
образце все еще остается значительным. При анализе легких элементов
следует учитывать также наложение рентгеновских линий, смещения линий за
счет химической связи, наличие эталонов и загрязнение поверхности
образца. Эти проблемы подробно будут рассмотрены ниже.
Сложности при анализе легких элементов могут возникать из-за присутствия
в спектре линий более' тяжелых элементов. В работе [236] показано, что
даже если такое наложение имеет место, то качественный анализ проводить
можно. Например, в сталях были обнаружены включения карбонитрида титана
TiNC, которые, по-видимому, представляют собой твердые растворы TiN и
TiC. На рис. 8.24 сравниваются спектры Тц-излу-чения для соединений TiN,
TiC и чистого Ti. Интенсивность линии Tii/ от фазы карбонитрида титана
больше, чем от чистого Ti. Этот пик (рис. 8.24) состоит в основном из
1\l1 при 31,4 А (0 = 18,3°) с наложенным небольшим неразрешаемым пиком
при 31,6 А (0 = 18,5°). Линия Тиа при 27,4 А (0 = 16,0°)
сильно поглощается "зотом, и ее интенсивность составляет одну
156
Глава 8
в в в
Рис. 8.24. Сравнение Tii-спектров (интенсивность излучения в зависимости
от угла дифракции 0), полученных на образцах чистого Ti (слева), TiN (в
центре) и TiC (справа) при ускоряющем напряжении 10 кВ [236].
треть интенсивности этой же линии ,от чистого Ti. Однако излучение Til1
поглощается азотом лишь незначительно. Анализ включений такого типа может
оказаться невозможным, но в работе [236] содержание Ti определялось путем
анализа /Ск-излу-чения, а содержание углерода определялось с помощью
эталона TiC (рис. 8.24). Результаты показывают, что содержание Ti
составляет ~80 вес. %, а, С ~4 вес. %. По уже изложенным причинам
корректный анализ на азот был невозможен. Содержание азота определялось
вычитанием из 100%-ной суммарной концентрации остальных элементов. Такая
процедура анализа может использоваться в том случае, если имеется
наложение линий и если такие помехи нельзя исключить при анализе
импульсов по амплитуде (гл. 5).
Рентгеновские эмиссионные спектры для легких элементов состоят главным
образом из одной полосы, обусловленной переходом валентного электрона на
вакансию в /(-оболочке. Как показано в [237], валентные электроны в
наибольшей степени подвержены влиянию того, в какой комбинации находятся
химические элементы, и эмиссионная полоса может и действительно отражает
часто большие эффекты изменений в химических связях между атомами. Эти
