Способ локального анализа газообразующих примесей в твердых веществах Советский патент 1992 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

,3 68 Для локального определения газообразущих примесей может быть использован масс-спектральный метод с использованием электронно-лучевой пушки в качестве источника локального нагрева о ,Метод основан на локальном нагреве и расплав.лении металла, находящегося в вакуумной камере электронным пучком. Выделенные газы анализировались масс-спектрометром.Диаметр выплавленного кратера составляет от 0,15 до 0,5 мм,-плотность пучка электронов в ;фокальной плоскости составляла . ; Вт/мм,, К недостаткам этого способа следует отнести неполное выделение газообразующих примесей из металлов вследствие невысокой плотности мощности электронного пучка. . . . Известен способ локального анализа газообразных примесей в твердых ве- . : ществах , основанный на плавлении микроучастка образца и эталона потоком сфокусированного излучения с массспектрометрической регистрацией выделенного газа.. Согласно этому способу микроучасг ток образца, помещенного в вакуумную камеру (рабочий вакуум 5 5-ltr MM PT.CT.J, подвергается кратко временному воздействию мощного Лазерного излучения (энергия в импульсе 3 Дж, длительность 200 МКС, длина вол ны излучения света или 1,06 мкм в результате KoTojporo часть материала образца испаряется, на образце появляется кратер, как правило, неправиль ной. фо(}ны. При этом происходит; выделение газообразующих примесей из микроучастка образца в газовую фазу. Эти , примеси попадают в масс-спектрометр где измеряется их количество. Для определения локального содер жания той иной газообразующей примеси необходимо провести предварительную калибровку масс-спектрометра, т.е. найти зависимость между количест вом газа в камере масс-спектрометра и высотой зарегистрированного пика в вы ходном приборе. Предварительную калиб ровку производят с помощью системы на пуска или с помощью образцов с известным средним содержанием газа (эталоны). В противном случае возникают боль име трудности в точной дозировке малых количеств газа () и соответственно больише ошибки при ка либровке. Во втором случае количество вваленного газа в камеру масс-спектрометра определяют из среднего .значения J концентрации газа в образце и величины образующего кратера, которую определить точно сложно в силу его неправильной формы (обычно делается допущение, что кратер имеет форму конуса) и соответственно также возникают ошибки при калибровке. Затем, используя предварительную калибровку, определяют количество выг деленного из исследуемого образца газа и относят найденную величину к навеске образца, т.е. к количеству материала образца, из которого произошло выделение газа.. Обычно навеску определяют, исходя из геометрических размеров кратера. Точное определение объема кратера : представляет значительные трудности из-за неправильности формы кратера, причем ошибка измерения тем больше, чем выше локальность метода. Кроме того, такое определение навески в принципе неверно, так как газ выделяется не только из испарившегося металла, но и из прилегающих слоев металла . Таким образом, основной недостаток известного /метода локального анализа - невысокая точность получаемых результатов, так как анализируемая навеска не поддается точному измерению и имеются ошибки, связанные с предварительной калибровкой массспектрометра. Целью изобретения является повышение точности анализа и упрощение процесса измерения. Поставленная цель достигается тем, что плавление микроучастков образца и эталона осуществляют одновременно 8 общей камере разделенным на две равные части потоком сфокусированного излучения, измеряют величину установившегося изотопного отношенияг определяемого элемента в газовой фазе, а искомую величину концентрации определяют по формуле: .os ()(R,-R) oFu (P -JI+1)() где A и Ад - масса атомов тяжелого и легкого изотопов определяемого элемента соответственно. 56 в процессе определения исполозую эталон, обогащенный определяемым эле ментом, с изотопным составом, отличным от природного, причем содержание определяемого элемента в эталоне известно. . Сущность предлагаемого метода заключается в следующем В вакуумную камеру (вакуум Ij-IO мм рт.ст.) помещают анализируемый образец и рядом с ним эталон из того же или близкого по своим физико-механическим свойствам материала, с заранее введенным в нег изотопом определяемого элемента, отличным от природного (например, с действием, в случае локального опред ления водорода). Общее содержание оп .ределяемого элемента и его изотопный состав в эталоне известны или могут быт;ь определены перед началом экспер мента тривиальными методами. Затем облучают одновременно микроучастки обоих образцов одинаковыми потоками энергии (например, световой, вводимой через оптическое окно от ОКГ . (0,1-1 Дж, в течение 200 мкс). Измеряют изотопный состав определяемого элемента в газовой фазе камеры Rg, образовабшийся в результате выделени и перемешивания газов из микроучастков обоих образцов (например, с . помощью масс-спектрометра, как отношение выходных пиков сооответствующи изотопов, при этом не требуется производить предварительной калибровки масс-спектрометра). Поскольку матери ал образцов и потоки падающей на них энергии одинаковы и плавление микроучастков образцов происходит од новременно, объем материала, из которого выделен газ (навеска), для обоих образцов одинаков. „, , ,Предложенная формула (1) может бы . „ выведена следующим орразом, R - отн шение легкого изотопа к тяжелому в анализируемом образце (это отношение определяется природным изотопным со тавом образца) можно записать: Ь Ат л CJ где GX, Cj( - концентрации соответственно легкого и тяжелого изотопов в анализируемом образце, выраженные в массовых единицах,, аналогично RO. - отношение легкого изотопа к тяжелому, в эталоне записывается: л где С, С концентрации соответственно легкого и тяжелого изотопов в эталоне. После одновременного плавления микроучастков анализируемого образца и эталона в газовую фазу выделится количество легкого изотопа, которое в массовых единицах можно записать аналогично можно как X С MQ с;м,-сзаписать: Uj-M 3 й выделившееся количество тяжелого изотопа, где M, М « - величины навесок, из которых выделился газ, соответственно из анализируемого образца и эталона. Установившееся в газовой фазе RC - изотопное отношение записывается А L CJM АД с Поскольку потоки энергии излучения одинаковы и физико-механические.свойства исследуемого образца и эталона совпадают, товеличины навесок М, Ма должны быть равны между собой, т.е. MX Mg. С учетом этого равенства. Rj. можно переписать в виде:. А С А.т - лГ. с;гч- с| Требуется определить значение контрации исследуемого элемента а анализируемом образце, если изконцентрация этого элеаестнамента в эталоне, которая складывается из содержания легкого и тяжелого изотопа, т.е, ОБЦ Cv 4: С, Фактически нахождение С сводитя к решению системы уравнений, состощей из формул (2), (3), (5), (6), оторую можно записать 1 AT - АЛ С АЛ С