Источники возбуждения рентгеновских спектров.

Первичное рентгеновское излучение представляет собой совокупность характеристического линейчатого спектра элементов пробы и сплошного тормозного спектра, который возникает вследствие торможения электронов в поле ядер атомов пробы и анода. Тормозной спектр создает фон, который затрудняет расшифровку спектра и повышает предел обнаружения элементов. При малой концентрации элемента слабые характеристические линии могут ”утонуть “ в этом фоне.

РЭСА в настоящее время имеет ограниченное применение для обычного качественного и количественного анализа и анализа объектов окружающей Среды.

В основном используется электронно-зондовый метод (ЭЗ) для локального анализа источником возбуждения в ЭЗ методе является электронный микроскоп (ЭМ), в котором пучок электронов сфокусирован в узкий луч электрическими и магнитными полями. Анализируемый образец устанавливают на предметном столике микроскопа, который одновременно является анодом. Установка образца производится с помощью оптического микроскопа так, чтобы электронный луч попал в нужную его точку. Тонкий пучок электронов возбуждает рентгеновское излучение только в выбранной точке образца. Полученное излучение направляется в рентгеновский анализатор, где разлагается в спектр. Расшифровка спектра позволяет установить качественный и количественный состав образца только в этой точке. Такой анализ находит применение в геологии, биохимии, минералогии для анализа тонкого покрытия или тонкой пленки и т.п. Если же нужно определить состав не в одной точке, а установить распределение элементов по поверхности неоднородного образца, то целесообразно в качестве источника возбуждения использовать растровый электронный микроскоп (РЭМ). В РЭМ имеется возможность сканировать (перемещать) электронный луч по поверхности образца. С помощью рентгеновского спектрометра, соединенного с РЭМ можно исследовать химический состав всей поверхности образца. Помимо рентгеновского спектрометра к РЭМ могут быть подсоединены и другие спектрометры (Оптический, Оже и др). Информация со спектрометров подается на ЭВМ, где происходит обработка спектров и получение результатов анализа, одновременно на мониторе возникает многократно увеличенное изображение рассматриваемой поверхности. Как уже говорилось, такой прибор называется ЭММА (электронно-микроскопический микроанализатор).

Для получения рентгено-флуоресцентных спектров используют неразборные рентгеновские трубки. Анод в них должен быть выполнен из какого-либо тяжелого металла - молибдена, рения, вольфрама и др. Анализируемая проба устанавливается вне трубки за выходным окном.

Вышедшие с раскаленного катода электроны, ускоряются высоким напряжением и бомбардируют анод. Ясно, что напряжение на трубке должно быть не меньше потенциала возбуждения К-спектра элемента, из которого сделан анод. В этом случае возникает первичное рентгеновское излучения материала анода. Пройдя через прозрачное окно в трубке, это излучение попадает на пробу и возбуждает в ней вторичное рентгеновское излучение, т.е. излучение атомов пробы. Возбудить ту или иную серию линий данного элемента могут только такие рентгеновские кванты, энергия которых больше энергии связи электронов данного слоя с ядром (энергии данного рентгеновского уровня).

Максимальная длина волны, соответствующая минимальной энергии, необходимой для удаления электрона из i-того слоя данного элемента называется i- краем поглощения этого элемента

Например, К-края поглощения молибдена, меди, калия, алюминия равны соответственно: 618, 1377, 3430, 7935 мÅ.

Ясно, что длина волны первичных рентгеновских квантов (идущих из трубки) должна быть короче края поглощения определяемых элементов. Если анод выполнен из вольфрама, то энергия первичных квантов оказывается достаточной для возбуждения К-серии линий тех элементов, порядковый номер которых меньше порядкового номера вольфрама. Для элементов с большим порядковым номером возможно возбуждение лишь L-серии.

Рентгено-флуоресцентные спектры не содержат тормозного спектра. Однако и в флуоресцентном спектре возможен фон, обусловленный рассеянием фотонов в образце. Рассеяние - изменение направления фотона в результате столкновения его с электроном внутри атома.

Возможны два вида рассеяния:

Энергия фотона меньше энергии, необходимой для отрыва электрона даже с внешнего слоя - рассеяние упругое, в РСА его называют когерентным. При когерентном рассеянии энергия первичных фотонов остается неизменной.

Энергия фотона больше энергии, нужной для отрыва электрона. В этом случае энергия фотона расходуется на отрыв электрона и сообщения ему некоторой кинетической энергии. Фотон при этом теряет часть своей энергии и отлетает от атома с большей длиной волны. Такое рассеяние называют некогерентным.