Способ рентгеноспектрального анализа (его варианты)

 

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, входяпо х в образец , по интенсивности которого судят об искомой величине, о т л ичающийся 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 анализа , включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов W и регистрацию возбуждаемого при этом с характеристического рентгеновского излучения элементов, входящихв образец, по интенсивности которого судят об искомой величине, о т л ичающийся тем, что, с целью обеспечения воспроизводимости результатов анализа в условиях технического вакуума,-поверхность анализируемого образца поочередно облу ел чают пучками ионов и электронов, изменяют энергию, плотность потока о ел пучка ионов и длительность его воздействия до тех пор, пока интенсивность характеристического рентгеновског .о излучения определяемого элемента не станет постоянной во времени , затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) g g G 01 N 23/223

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫЛИ н двторСКОММ СаиДЕтаЛЬСтву (21) 3588957/18-25 (22) 12.05.83 (46) 07.10.84. Бюл. ¹ 37 (72) Л.В. Казаков, А.С. Кузинец, А.В. Руднев и В.А. Титов (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (53) 539.1.06 (088.8) (56) 1. BoriIIe F. CaruIIi А.

Hodifications to an eIectron

microprobe to aid in the determination of Iov atomic number eIements.

Х-Ray Spectrometry. !978, v. 7, № 3, р. 124-131.

2. НемошкалеHKO В.В., Кривицкий В.П., Николаев Л.И. Рентгеновские эмиссионные М1, -полосы ниобия в

I интерметаллических соединениях системы ниобий-алюминий. — В кн. ".

Электронная структура переходных металлов и их сплавов, вып. 1, Киев, 1970, с. 107-113 (прототип) . (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО

АНАЛИЗА (ЕГО ВАРИАНТЫ), (57) 1. Способ рентгеноспектрального анализа, включающий предварительнуюю очист ку о бра з ца 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, о т л ич а ю шийся 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 характеристи ческого 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, 3 облучение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом Ц ф характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине, о т л ич а ю шийся 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 вре" фф мени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов.

Изобретение относится к рентгеновской спектроскопии, в частности к методам рентгеноспектрального анализа с возбуждением рентгеновского излучения электронной бомбардировкой, и может быть использовано в ультрамягкой рентгеновской спектроскопии, для рентгеноспектрального анализа легких элементов и для рентгеновского электронно-зондового микроанализа. 16

Известен способ рентгеноспектрального анализа, в котором влияние загрязнения поверхности анализируемого образца снижают, улучшая вакуум вблизи поверхности образца с поr мощью охлаждаемой пластины gl .

Однако при этом снижается лишь скорость образования загрязнения, но избежать его влияния не. удается .

Наиболее близким по технической щ сущности к изобретению является способ рентгеноспектрального анализа, включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и д регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине f?j .

ЗО

Недостаток известного способа состоит в том, что при сравнительно высоком давлении остаточных газов (порядка 10 -t0 4 Па) в так называемом "техническом" вакууме, в приборах, где может быть осуществлен этот способ, на поверхности предварительно очищенных образцов в процессе рентгеноспектрального анализа под воздействием электронного пучка образуется пленка твердых полимеризованных углеводородов, сильно поглощающая мягкое рентгеновское излучение легких элементов.

Кроме того, в этой пленке теряется энергия электронного пучка. В результате уменьшается интенсивность рентгеновского характеристического излучения легких элементов образца, снижается воспроизводимость регистрируемой интенсивности рентгеновского излучения.

Цель изобретения — обеспечение воспроизводимости результатов анализа легких элементов в условиях у технического вакуума.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рентгеноспектрального анализа, включающему предварительную очистку образца с

".:.омощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрацнк возбуждаемого при этом характерчстического рентгеновского излучения элементов, входящих в образ-. ц, по интенсивности которого судят об искомой величине, поверхность анализируемого образца одновре ленка 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

По второму варианry .тоставленная цель достигается тем„ что согласно способу рентгеноспектрального анализа, включающему предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентге-. новского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине, поверхность анализируемого образца поочередно облучают пучками ионов и электронов, изменяют энергию и плоткость потока пучка ионов и дли".ельность его воздействия дс тех пор, пока интенсивность характери"тического рентгеновского излучения определяеиого элемента не станет постоянной во вреиени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов.

Скорость адсорбции паров и газов поверхностью образца и конкретном приборе определяется конструкцией последнего и свойствами грименяемых ,в нем материалов (вакуумных масел, уплотнителей и т.д.). Скорость же об разования полимеризованных углеводородных пленок на поверхности образца под воздействием электронного лучка электронов зависит как от нарциального давления углеводородов, и приборе, так и от тока пучка электронов. Поэтому для определенного

1117505 тока пучка электронов величины параметров пучка ионов (энергию и плотность тока) определяют индивидуально для каждого конкретного прибора, чтобы при одновременном воздействии на образец электронного и ионного пучков его поверхность оставалась свободной от загрязнений.

При воздействии на образец пучка ионов с большой плотностью тока в

10 спектрометрическом канале регистрируется значительный фон, препятствующий измерению малых интенсивностей рентгеновского характеристического излучения образца. Образование 15 фона обусловлено возникновением светящегося облака над поверхностью, бомбардируемой пучком положительных ионов. Это облако излучает в видимой и ультрафиолетовой областях, в которых используемый в спектральном канале фотокатод обпадает заметной чувствительностью. Поэтому, чтобы уменьшить фон or светового излучения образца следует снижать ионный gc ток.

При измерении малых интенсивностей рентгеновского излучения, когда интенсивность фона от ионного пучка пс порядку величины близка к интенсивности характеристического рентгеновского излучения, стремятся использовать большие токи электронного пучка для повышения чувствительности рентгеноспектрального анализа. Однако при этом возрастает скорость полимеризации углеводородных пленок (" нагара" ) на поверхности образца. Поэтому для постоянного уда-40 ления загрязнений в случае больших электронных токов необходимо использовать более высокие плотности тока пучка ионов. В этом случае ,предлагается второй вариант способа

Длительность воздействия пучка электронов на образец определяется следующим критерием: за это время пол воздействием пучка электронов на поверхности образца должен полимеризоваться углеводородный слой такой толщины, что поглощением в нем характеристического излучения ойределяемого элемента можно пренебречь, т.е. за это время регистри- 55 руемая интенсивность излучения догвкна оставаться постоянной в пределах погрешности измерений.

Длител ьность воздействия пучка ионов на образец зависит от толщины слоя загрязнений, образовавшегося за время воздействия пучка электронов.

Интенсивность рентгеновского излучения регистрируют только в период облучения пучком электронов, чтобы избежать влияния фонового излучения.

Параметры пучка ионов (ускоряющее напряжение, плотность тока, длительность воздействия) определяют предварительно следующим образом.

Энергию ионов устанавливают наименьшей, но такой, при которой обеспечивается необходимая плотность тока и скорость травления. Уменьшение энергии нужно для снижения воздействия ионного пучка на приповерхностный слой образца, плотность ионного тока (в случае одновременного воздействия электронного и ионного пучков) или длительность его воздействия тоже должны быть минимальными.

В качестве контрольной точки спектра выбирают максимум интенсивности характеристической линии определяемого элемента или для снижения времени измерений — максимум соседней линии, если интенсивность ее больше, а коэффициент поглощения в слое загрязнений равен или больше коэффициента поглощения аналитической линии. В выбранной таким образом контрольной точке спектра измеряют интенсивность рентгеновсКого излучения в зависимости от времени, сначала при малых значениях ионного тока, а затем ионный ток увеличивают до тех пор, пока интенсивность не станет постоянной. При этом режиме и проводят рентгеноснектральные измерения: записывают участок спектра или измеряют ийтенсивность в максимуме анализируемой линии.

По второму варианту способа плотность потока пучка ионов устанавливают сразу большой а длительность воздействия подбирают наименьшей так, чтобы обеспечить постоянство интенсивности в контрольной точке спектра.

На чертеже изображены спектры вторичного излучения от литиймагниевого сплава, полученные по известному (спектр слева) и по предлагаемому (справа) способам.

Пример 1. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 проводят измерения воспроизводимости интенсивности в максимуме К-полосы бериллия в чистом бериллии. Яцына волны К-по- 5 лосы бериллия 11,4 А, и это излучение сильно поглощается .в слое загрязнений, Поверхность образца измерениями очищают непосредственно в вакууме камеры (давление 3 ° 10- Па) пучком ионов аргона с энергией 10 кэВ и плотностью тока 70 мкА/см в течение

i5 мин. Затем возбуждают рентгеновс-. кое излучение бериллия облучением пучком электронов с энергией 5 кэВ и током 0,3 мкА. Интенсивность К-серии бериллия падает за 30 мин на

20%. После этого подбирают режим облучения пучком ионов, обеспечивающий постоянство измеряемой интенсивности при одновременном воздействии на образец пучков электронов и ионов.

Устанавливают минимальное (наименьшее для данного устройства) значение . энергии ионов 2 кэВ. Сначала устанав- 25 .ливают плотность ионного тока

0,1 мкА/см . При этом уменьшение интенсивности К-серии бериллия замедляется, но не прекращается. Постепенно увеличивают плотность ионного то- ®О ка, при этом скорость изменения интенсивности характеристического излучения бериллия снижается и при достижении плотности пучка ионов 1 мкА/см измеряемая интенсивность становится постоянной.

Пример. 2. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 регистрируют спектр литий-магниевого сплава (литий б%, магний 94%). Аналогично 40 примеру 1 поверхность образца предварительно очищают пучком ионов и подбирают параметры пучка ионов, обеспе-. чивающие постоянство интенсивности ,Lш -серии характеристического излучения магния. Спектр регистрируют при одновременном воздействии пучков электронов (3 кэВ, 0 3 мкА) и ионов (2 кэВ, 0,1 мкА/см ).

На чертеже справа показана автоматическая запись спектра согласно предлагаемому способу. Слева для сравнения приведена запись того же участка спектра, произведенная известным способом.

В отличие от левого спектра на спектре справа отчетливо видна

К-полоса лития и заметно увеличивает,ся интенсивность 2.,2,, -полосы магния.

П р и и е р 3. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 на образце чистого лития при ускоряющем напряжении 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 лития 250 имп./с. Величина фона от пучков электронов и ионов составляет соответственно 1,5 и

2 имп./с.

По этим данным можно определить предел обнаружения концентрации лития в образцах сложного состава по формуле

С по 3 100% 13, 29/ (и . . . р. р/В)

7 где — общее время измерения интенсивности рентгеновского излучения, п — число измерений, Р— ин" åíñèâíîñòü ренгеновского излучения на чистом элементе;

 — интенсивность фона.

В случае измерений, проводимых по первому варианту, фон составляет величину 3„5 имп./с, а предел обнаружения концентрации лития при и = 4, <, = 100 с, В = Зр5 с

Р = 250 с

С о 100% (3,29/(4 200 250 /3,5) )

= О, 125%.

Для уменьшения предела обнаружения используют второй вариант способа. Так же, как и в примерах 1 и

2 поверхность образца предварительна очищают пучком ионов, а затем устанавливают энергию и плотность пучка ионов, а также дли-.åëüíîñòü его воздействия такими, чтобы во время облучения поверхности образца пучком электронов регистрируемая интенсивность в контрольной точке спектра оставалась постоянной. Так, при приведенных параметрах пучка электронов и времени его воздействия на поверхность образца, равном одной секунде, достаточно облучать образец пучком ионов с энергией 2 кэВ и плотностью тока 70 мкА/см в течение

1117505

Е,им%

Составитель М. Викторов

Техред Л. Микеш Корректор. Г; Решетник

Редактор О. Черниченко

Заказ 7188/27

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул. Проектная,4

0,015 с, чтобы устранить загрязнения, образующиеся на поверхности образца за время воздействия пучка электронов и не приводящие к изменению регистрируемой интенсивности.

При этом предел обнаружения концентрации лития (n 4, с = 100 с, В = 1,5 с 1и Р = 250 с 1) составляет

С ) 100X (3,29/(4 ° 10О 250 /1,5) ) = О,OS#.

Таким образом, при использовании второго варианта способа предел обнаружения концентрации лития уменьшается с 0,125 до 0,8Х, т.е. в

1,5 раза.

Приведенные примеры показывают эффективность применения предлагаемого способа в рентгеноспектральном анализе в условиях, когда на

5 воспроизводимость рентгеноспектральных измерений существенно влияет частота поверхности образца.

Изобретение найдет применение прежде всего в локальном рентгеноспектральном анализе и в рентгеновской ультрамягкой спектроскопии,позволит не только повысить достоверность получаеьаих данных,но и расширить область изучаемых объектов sa счет легких элементов и образцов с легкоокисляющейся поверхностью.