книги из ГПНТБ / Физические основы рентгеноспектрального локального анализа

Результаты для этих сплавов (относительные ошибки) в виде заштрихованных областей приведены на рис. 3. Если сравнить результаты по общим для обоих методов 128 сплавам, то в самом деле гистограммы очень сходны.

Если исключить из расчетов указанные выше 22 сплава, то сравнение приводит к следующему:

Обсуждение. Из приведенных выше результатов оче­ видно, что предложенный упрощенный метод позволяет вводить поправки в данные микроанализа, по точности сравнимые с любым из принятых методов, а иногда и более точные. Его применение ограничено в случае систем с большими коэффициентами поглощения. Однако следует отметить, что результаты, полученные для таких систем с помощью других методов, также весьма неудовлетво­ рительны.

Наиболее важной сферой применения упрощенного метода является быстрый расчет поправок для сплавов, состоящих из трех и более компонентов. Обработка этих данных при помощи других методов введения поправки требует трудоемких арифметических выкладок или ис­ пользования счетных машин, в то время как расчет поп-

равки с помощью упрощенного метода в случае четырехкомпонентного сплава требует лишь немного больше времени, чем в случае бинарного сплава.

Очевидно, что метод не содержит ограничений для анализа легких элементов в тяжелой матрице. Наоборот, весьма обнадеживает то обстоятельство, что исправленные результаты для окислов и карбидов близки к истинным кон-, центрациям.

Выбор метода введения поправки в данные микроана­ лиза для сложных сплавов существенно зависит от требуе­ мой точности, быстроты и стоимости анализа. Упрощенные, методы незаменимы, когда не требуется высокая точность. Использование же счетной машины для быстрого получе­ ния результатов в пределах обычной точности часто бывает неэкономичным.

14.R e e d S.J.В., Thesis, Univ. of Cambridge (1964),

15.H a w о r t h C., Private communication.

При локальном рентгеноспектральном анализе тонких пленок очень часто приходится иметь дело с пленками неизвестной или переменной толщины. В предыдущих ра­ ботах [1—3] было отмечено, что интенсивность характе­ ристического рентгеновского излучения элемента тонкой пленки пропорциональна массе этого элемента, приходя­ щейся на единицу площади. Для любой заданной точки пленки можно определить массу, приходящуюся на еди­ ницу площади для всех присутствующих элементов, изме­ ряя интенсивности их характеристических линий и срав­ нивая их с измерениями, выполненными на пленках из чистых металлов с известной массой на единицу площади. Зная количество каждого элемента в пленке, можно опре­ делить полную массовую толщину пленки и, наконец, мас­ совую концентрацию интересующего элемента или эле­ ментов. Эта методика очень трудоемка, а в случае пленок, содержащих легкие элементы, т. е. в случае биологических объектов, зачастую непригодна.

Лучшим методом является непосредственное опреде­ ление массовой толщины пленки путем измерения непре­ рывного рентгеновского излучения, которое испускает образец, бомбардируемый электронами. В микроанализа­ торах эти измерения можно проводить одновременно с измерениями интенсивностей линий характеристического спектра, что и лежит в основе метода весьма быстрого определения массовой концентрации единичного элемента в пленке.

Теория. Для характеристической линии элемента А интенсивность dIA, измеренная в фотонах на электрон, испускаемая на пути электрона длиной dx, равна

флуоресценции на ионизованный атом А. Дифференциаль­ ное эффективное сечение ионизации "ф (Е) согласно [4, 5] равно

где Е — энергия электрона, Ек — потенциал возбужде­ ния /("-серии рентгеновского спектра элемента А, Ъ — кон­ станта. Подстановка этого выражения в (1) дает выраже­ ние для полного выхода характеристического излучения. Если электрон, проходя через пленку, теряет энергию

АЕ, то

Е„-ДЕ

Энергия непрерывного спектра, испускаемого тонкой плен­ кой (см. [6—8]), равна

и, как известно, однородно распределяется относительно величины энергии вплоть до максимального значения, равного энергии падающих электронов, так что для рент­ геновского излучения с энергией є

Число возбужденных фотонов обратно пропорционально их энергии:

дать, что отношение скоростей счета интенсивности непре­ рывного и характеристического излучений также не будет зависеть от толщины пленки при условии, что пленка до­ статочно тонкая, чтобы пренебречь поглощением и флуо­ ресценцией. Далее это наблюдаемое отношение не должно зависеть от тока падающих электронов и доли обратно рас­ сеянных электронов, а должно лишь слегка зависеть от энергии электронов. Для пленки из чистого элемента

(13). Деля (14) на (15), получаем метод абсолютной ка­ либровки:

Аппаратура. Используется подходящий микроанали­ затор с полуфокусирующим спектрометром для выделения характеристической линии и торцевым счетчиком для из­ мерения непрерывного спектра. Для того чтобы предот­ вратить перегрузку торцового счетчика интенсивным рент­ геновским излучением с малыми энергиями, необходимо использовать фильтры для поглощения мягкого рентге­ новского излучения. Необходима также методика, позво­ ляющая предотвратить попадание в счетчик обратно рас­ сеянных электронов. Найдено, что хорошими фильтрами в данном случае являются окно из перспекса (perspex) толщиной в 2 мм и алюминиевая фольга толщиной в 25 мкм. На рис. 1 представлена схема эксперимента.

В работе [12] указывалось, что в качестве монитора для регистрации непрерывного спектра предпочтительно ис­ пользовать отпаянный счетчик. Однако в настоящее вре­ мя это невозможно и приходится пользоваться проточными аргоновыми счетчиками, хотя это связано с определенными трудностями, обусловленными смещением плато счетчика в зависимости от температуры и давления в помещении.

Результаты. Теоретически зависимость отношения ин­ тенсивностей характеристического и непрерывного излу­ чений от энергии падающих электронов можно получить, подставив соответствующие значения Ек и / в соотношение

Рис. 1. Схема расположения рентгеновских счетчиков: А— полюсные наконеч­ ники, В — держатель образца, С — пропорциональный счетчик, D— 2-мил­ лиметровый фильтр из перспекса (perspex), Е— алюминиевая фольга, F — кристалл спектрометра.

HA)/1(W)

Ш)

(15). Такая в зависимость для медной пленки при об­ лучении электронами с энергиями до 40 кэв представлена на рис. 2. На этом же рисунке приведены и эксперимен­ тальные данные, полученные для медной пленки толщиной 0,1 мг/см?. Хотя вид кривых несколько различен, однако очевидно, что отношение I (A)/I (W) мало чувствительно к значению энергии пучка падающих электронов при напряжениях больше 20 кв. Для проверки зависимости / (A)/I (W) от толщины пленки были использованы метал­ лические клинообразные пленочные образцы. Эти образ­ цы приготовлялись путем напыления с использованием экрана, перемещающегося между источником и подлож­ кой, на которую напылялась пленка. Интенсивности (ко­ личество импульсов в единицу времени) при постоянном токе зонда измерялись для различных участков пленкиклина. На рис. 3 представлена зависимость І (А) от I (И7 ) для алюминиевого клина толщиной до 0,1 мг/см? при энер­ гии падающих электронов 20 кэв. На рис. 4 приведены ана­ логичные результаты для медного клина толщиной до 0.6 мг/см2 при энергии пучка 25 кэв. После вычитания фона счетчика оказалось, что / (А) пропорциональна / (И7) во всем измеренном интервале толщин.

Для проверки соотношения (16) были приготовлены специальные образцы путем напыления меди на пластмас­

ная линия) и ряд экспериментально полученных точек. Полагают, что существующая разница между теоретиче­ скими и экспериментальными значениями в основном обу­ словлена плохим разрешением монитора непрерывного излучения, что не позволяет полностью предотвратить попадание АГ-линий в счетчик, хотя определенное влияние на точность результатов оказывают также поглощение, флуоресценция и изменение / . Пока эти вопросы не будут изучены, трудно получить абсолютно точные результаты, но можно проводить очень полезную полуколичественную работу. Особенно для этой цели подходят биологические объекты, так как в них интересующие нас элементы обычно присутствуют в очень малых концентрациях, а при значе­ ниях сА, приближающихся к нулю, асимптотика соотноше­ ния (16) дает прямую линию. В качестве образца для про­ верки был использован 6-микронный срез щитовидной железы, который был ранее тщательно исследован с по­ мощью интерференционного микроскопа [13]. Это давало