Способ рентгеноспектрального анализа (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК G01N23/223 

1 Изобретение относится к рентгено кой спектроскопии, в частности к ме тодам рентгеноспектрального анализа с возбудцением рентгеновского излучения электронной бомбардировкой, и может быть использовано в ультрамягкой рентгеновской спектроскопии, для рентгеноспектрального анализа легких элементов и для рентгеновско го электронно-зондового микроанализ Известен способ рентгеноспектрал ного анализа, в котором влияние загрязнения поверхности анализируемого образца снижают.улучшая вакуум вблизи поверхности образца с помощью охлаждаемой пластины IJ . Однако при этом снижается лишь скорость образования загрязнения, но избежать его влияния не удается Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб рентгеноспектрального. анализа, включающий предварительную очистку образца с помощью пучка ионов, облу чение образца пучком электронов и регистрацию возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине 2J . Недостаток известного способа состоит в том, что при сравнительно высоком давлении остаточных газов (порядка 10 -10 Па) в так назьшаемом техническом вакууме, в приборах, где может быть осуществлен этот способ, на поверхност предварительно очищенных образцов в процессе рентгеноспектрального анализа под воздействием электронного пучка образуется пленка твердых полимеризованных углеводородов сильно поглощающая мягкое рентгено ское излучение легких элементов. Кроме того, в этой пленке теряется энергия электронного пучка. В резул тате уменьшается интенсивности рентгеновского характеристического излучения легких элементов образца, снижается воспроизводимость регистрируемой интенсивности рентг новского излучения. Цель изобретения - обеспечение воспроизводимости результатов анализа легких элементов в условиях технического вакуума. Поставленная цель достигается тем. что согласно способу рентгеяо 52 спектрального анализа, включающему предварительн то очистку образца с помощью пучка ионов, облучение образца пучком электронов и регистрадаю возбуждаемого при этом характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в образец, по интенсивности которого судят об искомой величине, поверхкость анализируемого образца одновременно облучают п чками ионов и электронов, изменяют энергию и плотность потока пучка ионов до тех nopj 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 ИОНОБ. . По второму варианту поставленная цель достигается тем, что согласно способу рантгеноспектрального 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 ана.тизируемого образца поочередно облучают пучками ионов и электронов, изменяют энергию и плотность потока пучка ионов и длительность его воздействия до тех пор, пока иктенсиБность характеристического рентгеновского определяемого элемента не станет постоянной во времени, затем регистрируют характеристическое рентгеновское излучение элементов образца только при облучении его пучком электронов. Скорость адсорбции паров и газов поверхностью образца в конкретном 1риборе определяется конструкцией последнего и свойствами применяемых В нем материалов (вакуумных масел, уплотнителей и т.д.). Скорость же об разования полимеризованных углеводородных пленок на поверхностк образца под воздействием электронного пучка электронов зависит как от пар;циального давления углеводородов в прибореS так и от тока пучка электронов. Поэтому для определенного 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 спектрометрическом канале регистрируется значительный фон, препятствующий измерению малых интенсивностей рентгеновского характеристическ го излучения образца. Образование фона обусловлено возникновением све тящегося облака над поверхностью, бомбардируемой пучком положительных ионов. Это облако излучает в видимо и ультрафиолетовой областях, в кото рых используемый в спектральном кан ле фотокатод обладает заметной чувствительностью. Поэтому, чтобы уменьшить фон от светового излучения образца следует снижать ионньм ток. При измерении малых интенсивностей рентгеновского излучения, когда интенсивность фона от ионного пучка по порядку величины близка к интенсивности характеристического рентгеновского излучения,стремятся использовать большие токи электронного пучка для повьш1ения чувствительности рентгеноспектрального ана лиза. Однако при этом возрастает ск рость полимеризации углеводородных пленок (нагара) на поверхности образца. Поэтому для постоянного уд ления загрязнений в случае больших электронных токов необходимо использовать более высокие плотности тока пучка ионов. В этом случае .предлагается второй вариант способа Длительность воздействия электронов на образец определяется следуюш м критерием; за это время п воздействием пучка электронов на по верхности образца должен полимеризо ваться углеводородный слой такой толщины, что поглощением в нем характеристического излучения определяемого элемента можно пренебречь, т.е. за это время регистра руемая интенсивность излучения долж на оставаться постоянной в пределах погрешности измерений. 054 Длительность 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 изл чения. 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 нулсно 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 рентгеновс1 ого 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: записьшают участок спектра или измеряют ийтенсивность b 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 воспроизво/щмости интенсивности в максимуме К-полосы бериллия в чистом бериллии. Длина волны К-полосы бериллия 11,4 А, и это излучение сильно поглощается в слое загряз нений. Поверхйость образца измерениями очищают непосредственно в вакуум камеры (давление ЗЮ- Па) пучком ионов аргона с энергией 10 кэВ и плотностью тока 70. мкА/см в течение 15 мин. Затем возбуждают рентгеновское излучение бериллия облучен 1ем 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 иионов. Устанавливают минимальное (наименьшее для данного устройства) значение энергии ионов 2 кэВ. Сначала устанав ливают плотность ионного тока 0,1 мкА/см. При этом уменьшение интенсивности К-серии бериллия замедляется, но не прекращается. Постепен но увеличивают плотность ионного тока, при этом скорость изменения инте сивности характеристического излучения бериллия снижается и при достиже нии плотности пучка ионов 1 мкА/см измеряемая интенсивность становится достоянной. Пример 2. На рентгеновском микроанализаторе МР-5 регистрируют спектр литий-магниевого сплава (литий 6%, магний 94%). Аналогично примеру 1 поверхность образца предварительно очищают пучком ионов и по бирагот параметры пучка ионов, обеспе чивающие постоянство интенсивности L(, ,L|n -серии характеристического излучения магния. Спектр регистрируют при одновременном воздействии пучков электронов (3 кэВ, 0,3 мкА) и ионов (2 кэВ, 0,1 мкА/см2). 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 вгодна К-полоса лития и заметно увеличивается интенсивность Ь(, ,(„ -полосы магния. Пример 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 г 100% 3,29/(п. С. p.-p/Ef где общее время измерения интенсивности рентгеновского излучения, п - число измерений Р - интенсивность ренгеновского излучения на чистом элементеi , В - интенсивность фона. В случае измерений, проводимых по первому варианту, фон составляет вел1тчину 3,5 имп./с, а предел обнаРЗ.жения концентрации лития при п 4, € 100 с, В 3,5 с- , Р 250 с С 0 100% 3,29/(4.100 2502/3,5) 0,125%. тт Для уменьшения предела обнаружения используют второй вариант способа. Так же, как и в примерах 1 и 2 поверхность образца предварител7ьио очищают пучком ионов, а затен устанавливают энергию и плотность пучка ионов, а также длительность 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 , равном одной секунде, достаточно облучать образец пучкам ионов с энергией 2 кэВ и плотностью тока 70 мкА/см в течение

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,t 100 с, В 1,5 Р 250 с-) составляет

С„о Я00% з,29/(4 .100.250V1,5/ J

0,08%.

Таким образом, при использовании второго варианта способа предел обнаружения концентрации лития уменьшается с 0,125 до 0,8%, т.е. в 1,5 раза.

IjUMn/C

Приведенные примеры показывают эффективность применения предлагаемого способа в рентгеноспектральном анализе в условиях, когда на 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 пoлyчae a lx данных, но и расширить область изучаемых объектов за счет легких элементов и образцов с легкоокисляющейся поверхностью.

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.