Microanaliza spectrală cu raze X (microanaliza cu raze X, analiza sondă electronică cu raze X, microanaliza sondă electronică) este o tehnică care permite utilizarea unui microscop electronic sau a unui microanalizator special cu sondă electronică ("microsondă") pentru a obține informații despre compoziția chimică a o probă într-o zonă aleasă în mod arbitrar de dimensiuni microscopice.
Esența tehnicii constă în faptul că proba studiată este plasată într-o cameră vid a unui microscop electronic cu scanare sau transmisie și iradiată cu un fascicul focalizat direcționat de electroni de înaltă energie . Fascicul de electroni (sonda de electroni) interacționează cu suprafața probei, de obicei mai mică de câțiva microni adâncime. Volumul zonei de interacțiune depinde atât de tensiunea de accelerare, cât și de densitatea materialului de probă, iar pentru o țintă masivă variază de la câteva zecimi la zece microni cubi. Generarea de raze X este rezultatul unei interacțiuni neelastice dintre electroni și probă. Radiația cu raze X apare ca urmare a două procese principale: emisia de radiații caracteristice și emisia de radiații de fond sau bremsstrahlung (germană -bremsstrahlung).
Când un electron de înaltă energie interacționează cu un atom , acesta poate elimina unul dintre electronii din învelișul electronilor interioare . Ca rezultat, atomul va intra într-o stare ionizată sau excitată, cu un loc liber în înveliș. Trecerea la starea normală are loc atunci când unul dintre electronii învelișului exterior umple acest loc liber, care este însoțit de o schimbare a energiei sale, iar amploarea schimbării este determinată de structura electronică a atomului unică pentru fiecare element chimic. . Acest așa-zis. Energia „caracteristică” poate fi eliberată dintr-un atom în două moduri. Una dintre ele este emisia unui foton de raze X cu o energie caracteristică specifică fiecărei tranziții și, în consecință, pentru un anumit element. A doua cale este eliberarea așa-numitului. Electroni Auger.
Emisia de fotoni ai radiației de fond cu raze X - bremsstrahlung - se manifestă atunci când un electron al fasciculului incident experimentează decelerare în câmpul electric al atomului. Electronii care interacționează cu atomii țintă individuali pierd cantități diferite de energie. Energia unor astfel de fotoni are o distribuție continuă de la zero la tensiunea de accelerare a sondei de electroni, adică. spectrul emis în acest caz este continuu. Energia maximă a fotonilor bremsstrahlung corespunde energiei fasciculului de electroni care și-au pierdut complet energia ca urmare a interacțiunii cu câmpul atomic. Valoarea acestei energii se numește „limită Duan-Hunt”. Dacă proba nu are sarcină de suprafață, limita Duane-Hunt este egală cu energia fasciculului incident.
Fotonii cu raze X au proprietăți atât ale particulelor, cât și ale undelor, iar proprietățile lor pot fi caracterizate în termeni de energii sau unde. Pentru analiza spectrală cu raze X, puteți utiliza un spectrometru cu dispersie de energie (EDS), care sortează fotonii după energia lor, sau un spectrometru cu dispersie de undă (WDS), care utilizează principiul separării razelor X după lungimea de undă.
Aproape orice microscop electronic modern poate fi echipat cu un spectrometru cu raze X ca atașament suplimentar. Cel mai adesea, microscoapele electronice de scanare (SEM) și transmisie (TEM) sunt echipate cu spectrometre cu dispersie de energie, dar unele SEM-uri permit instalarea a două tipuri de spectrometre simultan - EMF și VDS.
În plus, sunt produse comercial microscoape electronice cu scanare special concepute pentru microanaliza spectrală cu raze X - microanalizatoare cu sonde de electroni. Coloana electron-optică a unor astfel de dispozitive face posibilă obținerea unui fascicul de electroni stabil în timp cu o energie de până la 50 keV la curenți de sondă de până la câțiva microamperi. De obicei, sunt echipate cu mai multe VDS - până la 5-6, precum și cu un EMF.
Microanaliza spectrală cantitativă cu raze X
Microanaliza cantitativă cu raze X este o metodă relativă bazată pe compararea intensității măsurate a liniilor de raze X generate într-o probă cu intensitățile liniilor corespunzătoare dintr-o probă standard adecvată de compoziție cunoscută, la curenți cunoscuți ai sondei și la alte valori analitice identice. condiții (aceeași tensiune de accelerare, aceeași geometrie de montare a probei și a standardului, aceeași stare a suprafeței etc.). Conținutul elementului se calculează din raportul dintre intensitățile de pe probă și standardul cu o concentrație cunoscută a elementului fiind determinată în acesta din urmă. Pentru a lua în considerare diferențele în compoziția eșantionului și a standardului, se introduce o corecție pentru efectele matricei.
Metodele de analiză spectrală cu raze X pot determina concentrația aproape oricărui element, de la beriliu sau bor până la californiu, în intervalul de concentrație de până la sutimi (VDS) și zecimi (EMF) de procent atomic.
Apariția acestei metode a fost precedată de dezvoltarea unei metode strâns legate de analiză prin fluorescență cu raze X.