книги из ГПНТБ / Локальные методы анализа материалов

Число катодных трубок

6 различных соединениях, это позволяет расширить об­ ласть исследования. Возможность определять не только количественное содержание элемента, но и степень окис­ ления, валентное состояние атомов в соединениях, зани­ мающих микрообъемы, представляет исключительно большой интерес для решения многих вопросов перера­ ботки минерального сырья, металлургии выплавки ста­ ли и сплавов, катализа,.структуры минералов и т. д.

Температура анода при микронном пучке

После изложения идеи метода локального рентгено­ спектрального анализа практическое осуществление элементного анализа в микрообъемах вещества по пер­ вичным спектрам кажется очевидным и очень простым. Надо создать пучок электронов диаметром ~ 1 мкм, обладающих энергией, в интервале от 50 до 2 кэв, до­ статочной для возбуждения первичного характеристиче­ ского излучения изучаемых элементов.

- Как показывает расчет, для того чтобы получить ли­ нии характеристического спектра достаточной интенсив­ ности, необходимо, чтобы удельная нагрузка анода в фо­

(при таких удельных нагрузках температура анода до­

няется. Это происходит вследствие того, что теплоотда­ ча идет не только в направлении падения электронов, но и в радиальном.

Если образец гомогенный и глубина проникновения электронов значительно меньше толщины образца, то изотермы представляют собой сферы, а тепловой поток определится по формуле:

Максимальный ток электронного зонда

Предельный ток зонда определяется параметрами электронной пушки микроанализатора: плотностью тока в единицу телесного угла пушки и сферической аберра­ цией объектной линзы.

Первый параметр определяется эмиссионной способ­

смещения, подаваемое на венельтов цилиндр. Величина его определяется падением напряжения создаваемым током зонда на вспомогательном сопротивлении. По ме­ ре повышения температуры нити накала ток растет, до­ стигает максимальной величины, после чего остается по­ стоянным при дальнейшем повышении температур. Та­ кая «обратная связь» обеспечивает относительную ста­ бильность тока при флуктуациях напряжения; уровень тока насыщения можно регулировать, меняя сопротивле­ ние смещения. Яркость пушки растет (плотность тока на единицу телесного угла) с температурой. Но повышение температуры (для вольфрамовой нити температура вы­ ше 2700° К) резко сокращает срок ее службы. Эмиссион­ ную способность нити можно увеличить, придавая концу нити форму иглы с толщиной острия ~0,1 мкм *) или ис­ пользуя монокристаллики вольфрама таким образом, чтобы грань (100) с минимальной работой выхода [45] являлась бы острием, эмитирующим электроны. Послед­ ний прием позволяет повысить эффективную температу­ ру нагрева на 400—800° С, но требует улучшения ва­ куума в трубке до Ю - 8 мм рт. ст.

Наименьший диаметр электронного зонда удалось получить, когда в качестве катода использовали моно­ кристалл торированного вольфрама [46].

Электроннооптические системы большинства микро­ анализаторов позволяют получать электронный зонд диаметром 0,1 — 1 мкм. Рекордный размер электронного

* Острие с толщиной кончика ~0,1 мкм получается при электро­ литическом растворении цилиндрической вольфрамовой проволоки в капле электролита. Травление нити продолжается до того момента, пока незакрепленная половина проволоки сама не «оторвется» от закрепленной.

зонда последней модели растрового трансмиссионного

о

электронного'микроскопа [47] составляет всего 5—10 А. Распределение плотности тока по сечению пучка со­ ответствует гауссову; это же распределение передается электроннооптической системой на поверхность шлифа. Любая электроинооптическая система не является иде­ альной. Отклонение от идеальности происходит вследст-

аберрацией третьего порядка [48].

Уширение электронного зонда вследствие хромати­ ческой аберрации, аберрации кома, астигматизма можно снизить до желательного предела расположением в со­ ответствующих местах электроннооптической системы стигматоров, введением в схемы питания линз тонкой ре­

линзы определяется ее конструктивными параметрами (сферическая аберрация обязана зависимости силы лин­ зы от расстояния от оптической оси системы). Линейный коэффициент сферической аберрации Cs для каждой линзы имеет фиксированное значение и считается вели-

бочеи поверхности кристалла 8X8 мм соответствует п0+

сталла излучения может быть получена при размещении точечного источника на круге Роуланда кристалла с

Рис. 53. Сечения области микроисточника и картина отражения излу­ чения от кристалла

точностью до 1—5 мкм. Это предъявляет высокие требо­ вания к точности юстировки рентгеновских спектромет­ ров, которая зависит от типа спектрометра и используе­ мого кристалла.

При проведении усреднения состава по некоторой об­ ласти 50—200 мкм (что является достаточно часто встре­ чающимся случаем) лучше всего сканировать образец.

Наконец, при массовых однотипных количественных определениях к меньшим случайным ошибкам приведет использование кристаллов, изогнутых пластически по ци­ линдрической поверхности, таких как LiF, КАР, ПЭТ.

Требования к приготовлению образцов для локального анализа

Диаметр электронного зонда составляет ~ 1 мкм,' а объем излучающей области в зависимости от условий эксперимента меняется примерно от 0,3 до сотен мкм3. Отсюда ясно, насколько важную роль при микроанализе играет качество образца и стандарта, а также учет раз-

личных условий анализа для получения надежных ре­ зультатов измерений интенсивности, а следовательно, количественных результатов.

В большинстве промышленных микроанализаторов электроны падают нормально к поверхности шлифа-ано­ да; угол съема возбужденного в образце излучения, по­ падающего па кристалл-анализатор, меняется в преде­

Рис. 54. Влияние ямки на поверхность шлифа

Одним из основных требований к приготовлению по­ верхности образцов для количественного анализа явля­ ется отсутствие на поверхности образца-анода ямок (ца­ рапин) размером>0,5 мкм.. Рис. 54 иллюстрирует влия­ ние ямки на поверхность шлифа. Было показано, что при расчете по интенсивности линии Ка с учетом среднего атомного номера Z > 2 0 на глубине ямки —0,5 мкм, дей­ ствительное содержание магния уменьшено на 10% (при угле выхода излучения —20°) [52].

Процедура полировки образцов подробно описана в работе [53]. Один из способов состоит в шлифовке об­ разца (толстого или тонкого), залитого в чистый свинец или сплав Вуда на алмазной пасте крупностью от 6 до 0,25 мкм (примерно через 2 мкм). После полировки по­ верхность шлифа тщательно промывают перед установ­ кой его в держатель микроанализатора. Установка об­ разца для количественного анализа также должна быть выполнена с большой тщательностью, чтобы углы паде­ ния электронов и выхода излучения на кристалл были

тем выше должна быть точность установки образца. При измерениях интенсивности для определения содержания