Elektroi-zunda Mikroanalisia
Zer da elektroi-zunda mikroanalisia?
Elektroi-zunda mikroanalisia (EPMA), ere ezaguna elektroi-zunda X izpien mikroanalisia, lagin batean elektroi-izpi baten eraginez sortutako X izpi ezaugarriak erabiltzen dituen tresna da, mineralen sekzio meheetako mikroeskualdeen konposizioa aztertzeko. Azterketa kualitatiboak eta kuantitatiboak posible dira elementu arinago batzuk izan ezik, hala nola H, He, Li, Be eta U ondorengo elementuak izan ezik. Elektroi-zundaren bolumen handia zunda gisa azeleratu eta fokatu den elektroi-sorta oso estua erabiltzea da. laginaren eremu txiki bat kitzikatzea X izpi bereizgarriak igortzeko, eta X izpien uhin-luzera eta intentsitatea neur daitezke mikroeskualdeko elementuen azterketa kualitatibo edo kuantitatiborako.
Elektroi-zunda mikroanalisiaren aplikazioa
EPMA Batez ere 1 μm inguruko diametroa duten substantzia solidoen gainazaleko partikula finak edo eremu txikiak aztertzeko erabiltzen da. Aztertutako elementuak 3 zenbaki atomikotik (litioa) 92ra (uranioa) dira. Sentsibilitate absolutua 10-14 eta 10-15 g-ra irits daiteke. Azken urteotan, ekorketa-mikroskopia elektronikoa-mikroanalisirako gailu konbinatua eratu da, laginaren konposizio kimikoa eta egitura puntuz puntu azter ditzakeena mikro eremuaren morfologia behatuz.
Elektroi-zunda oso erabilia da geologian, material metalurgikoan, zementuzko clinker-ikerketetan, materialen zientzian, mineralogian, metalurgian, kriminologian, biokimikan, fisikan, elektronikan eta arkeologian, etab. Hutsean egonkortutako edozein solidotarako, konposizioaren analisirako erabil daiteke. eta behaketa morfologikoa.
Elektronien zunda mikroanalisiaren funtzionamendu-printzipioa
The Elektroi-zunda X izpien mikroanalisiaren funtzionamendu-printzipioa lagin-elementu baten X izpi bereizgarriak kitzikatzea da, laginaren gainazalean fin fokatutako elektroi-izpi baten bidez.
X izpi ezaugarrien uhin-luzera (edo energia bereizgarria) aztertzen da laginak dituen elementu motak zehazteko (analisi kualitatiboa).
X izpien intentsitatea aztertzen da laginean dagokion elementuaren zenbatekoa zehazteko (analisi kuantitatiboa).
Elektroi-zundaren upel-zatiaren eraikuntza eskaneatze-mikroskopio elektronikoarenaren berdina da neurri handi batean, detektagailu-zatian X izpien bidezko irudia dagoela izan ezik. espektrometro erabiltzen da, x izpien uhin-luzera karakteristikoa edo energia karakteristikoa detektatzeko bereziki diseinatua, mikroeskualdearen konposizio kimikoa aztertzeko bide gisa.
Hori dela eta, elektroi-zunda-tresna espezializatuaz gain, elektroi-zunda-tresnaren zati garrantzitsu bat eskaneatze-mikroskopio elektronikoan edo transmisio-mikroskopio elektronikoaren ispilu laburrean osagarri gisa instalatzen da mikro-eremuko ehunen morfologiaren, kristalaren trinitatearen beharrak asetzeko. egitura eta konposizio kimikoa isotopoen analisia.
Ez dago funtsezko desberdintasunik elektroi-zundaren kanoiaren eta lagin-ganberaren eta SEMaren artean, beraz, analisi morfologikoa eta konposizio-analisia duen tresna bat egiteko, ekorketa-mikroskopio elektronikoa eta zunda elektronikoa konbinatu ohi dira.
Zunda elektronikoaren mikroanalisiaren abantailak
1. Mikroeskualdealitatea, mikroskopikoa: zunda elektronikoko mikroanalizagailuko um kubiko tarte batzuk mikroegituraren mikroeskualdearen konposizio kimikoarekin bat etorri daitezke. Analisi kimiko orokorra, X izpien fluoreszentzia analisia, analisi espektrala, etab., laginaren batez besteko konposizio kimikoa sorta handiago batean aztertzea da, baina ezin da mikroegiturarekin bat etorri eta ezin dute mikroegituren arteko erlazioa aztertu. materialaren eta materialaren propietateak.
2. Erosotasuna eta abiadura: EMPA laginak prestatzeko erraza eta aztertzeko azkarra da.
3. Analisi-metodoen dibertsifikazioa: zunda elektronikoen x izpien mikroanalisiak etengabe eta automatikoki egin ditzake hainbat analisi-metodo, hala nola, laginaren erradiografiaren puntu, lerro eta gainazaleko analisiak. Datuen tratamendu automatikoa eta datuen analisia.
4. Aplikazio zabala: Elektronien zunda mikroanalisia hainbat substantzia solido, material eta abarretarako erabil daiteke.
5. Elementuen analisi sorta zabala: EMPAk, oro har, beriliotik (Be4) uranioraino (U92) bitartekoa da. H eta He atomoek K geruzako elektroiak baino ez dituztenez, ezin dituzte X izpi karakteristikoak sortu, beraz, ezin dira elektroi-zundaren konposizioaren bidez aztertu. Litioak (Li) X izpiak sor ditzakeen arren, sortutako X izpi karakteristikoak luzeegiak dira normalean detektatzeko. Gainazal-tarte handiko difrakzio-kristal gisa saponifikatutako filma duen elektroi-zundak Be elementuak detektatu ahal izan ditu.
6. Laginari kalterik ez: EMPA osorik gorde daiteke edo laginaren analisiaren ondoren analisiaren eta probaren beste alderdi batzuekin jarraitu, eta hori bereziki garrantzitsua da lagin arraroen analisirako, hala nola kultura erlikiak, antzinako zeramika, antzinako txanponak eta froga kriminalak.
7. Analisi kuantitatiboaren sentsibilitate handia: sentsibilitate erlatiboa orokorrean (0.01-0.05) pisua da, detekzio-sentsibilitate absolutua 10-14g ingurukoa da eta analisi kuantitatiboaren errore erlatiboa (1-3)% da.
8. Behatzean analisia: Mikroskopioan behatutako fenomenoei dagokienez, denak azter daitezke.
Zunda elektronikoaren mikroanalisiaren egitura
Oinarrizko egitura elektroi-zunda mikroanalisia sistema elektro-optiko batek, kristal espektrometro batek, X izpiak neurtzeko eta grabatzeko gailu batek, mikroskopio optiko batek eta transmisioko argi-iturri batek, lagin-ganbera batek, analisi-sistema automatizatu batek, hutsunea eta sistema osagarri batek eta eskaneaketa batek osatzen dute. bistaratzeko sistema.
Elektroi sistema optikoa
X izpien mikroanalizagailu baten elektroi-zunda baten sistema optikoek energia, intentsitate eta ahalik eta diametro txikieneko elektroi izpi bat sortzen dute, hau da, x izpien kitzikapen iturri egonkorra. Elektronien sistema optikoa honako zati nagusi hauek ditu.
(1) Pistola elektronikoa: distira eta abiadura nahikoa duen elektroi-sorta sortzen du
Harizpiak: elektroi beroak sortzen ditu
Atea: fokatze-efektu elektrostatikoa 10μm-100μm gurutzea osatzeko
Anodoa: elektroien ekintza bizkortzailea
(2) Lente elektromagnetikoak
Kontzentratzailea: bizpahiru maila, izpi-korrontea kontrolatuz, elektroi-izpiaren diametroa hamarren batzuetatik ehunen batzuetara murrizteko.
Lente objektiboa: elektroi-izpiaren foku-distantzia doitzen du eta elektroi-izpiaren diametroa murrizten du
Sakabanatze-angelu handiak dituzten elektroi galduak blokeatzeko, laginaren gainean gertatzen den elektroi-izpiaren diametroa ahalik eta txikiena izan dadin, lente konbergenteak eta lente objektiboak diafragma optiko bat dute azpian.
(3) Eskaneatzeko bobina
Eskaneatzeko sorgailuak kontrolatuta, elektroi-sorta laginaren gainazalean eskaneatzen da, irudi-hodia aldi berean eskaneatzen den bitartean. Beraz, hodiak ikusitako irudia eta laginaren gainazaleko miaketa eremuko elektroi-sorta bat datoz.
(4) Disipadorea
Elektroi-sistema optikoko eremu magnetikoa edo elektrostatikoa ardatz-simetrikoa ez denean, irudi-sakabanaketa sortuko du, beraz, jatorrizkoak elipse batean ebakidura zirkularra izan behar du. Disipadoreak neurri bereko eta sakabanaketa eragiten duenaren kontrako noranzkoko eremu magnetikoa sortzen du dispertsioa ezabatzeko.
X izpien kristal espektroskopikoko espektrometroa
EMPAko X izpien espektrometroa kristal espektroskopiko batez osatuta dago, X izpien detektagailua, eta espektrometro mekanismo bat.
(1) Kristal espektroskopikoa
Matrize bereko atomoz osatutako sare edo film meheko materiala. Espektrometroaren diseinuaren mugak direla eta, theta angelua tarte mugatu batean bakarrik alda daiteke, beraz, kristal jakin batek uhin-luzera jakin bateko X izpiak soilik detektatu ditzake. EPMAk Be-U-ren elementuak aztertzeko, sare-tarte ezberdina duten kristal espektroskopikoen multzoak hornitu behar dira. Normalean, 3-5 espektrometro daude 2 kristal espektroskopiko bihurgarriak dituzten sare-tarte ezberdinekin espektrometro bakoitzean.
Kristal espektroskopikoen errendimendu-eskakizunak difrakzio-eraginkortasun handia, bereizmen handia, gailur-atzealde erlazio handia, prozesatzeko erraza eta epe luzerako egokitasuna dira.
Gehien erabiltzen diren kristalak hauek dira: isopentanola, talio hidrogeno ftalatoa, litio fluoruroaren kristalak, berun estearatoa, etab.
EPMAren bereizmena kristal espektroskopikoen bereizmenaren arabera zehazten da, beraz, bereizmen handiko kristal berriak aurkitzea bide garrantzitsua da elektroi-zunden bereizmena eta sentsibilitatea hobetzeko.
(2) X izpien detektagailuak
Gehien erabiltzen diren kontagailu proportzional positiboa eta distira-kontagailua. Pultsu elektrikoa X izpien energiarekin proportzionala da.
Kontadore proportzionala
Ezaugarriak: Irteerako pultsua sarrerako X izpien fotoiaren energiarekin oso proportzionala da, sentsibilitate handikoa, hildako denbora laburra eta irteerako pultsuaren erantzun denbora txikiarekin.
(3) Zintilazio-kontagailua
Zintilladore, argi-tutu eta fotobiderkagailu-hodi batez osatuta dago.
Plexiglas hagaz osatutako argi-hodiak igorritako txintilgailua kolpatzen zuten elektroiak huts-ganberatik kanpo igaro ziren fotobiderkagailuak onartutako akoplamendu-interfazetik seinale elektriko batera.
(4) Espektrometroaren espektroskopiaren printzipioa
Elementu ezberdinek sortutako X izpien λ uhin-luzera bereizgarria neur daiteke kristala L lerroan zehar mugitzen denean (L aldatzen da), eta zuzeneko sarrerako uhin-espektrometro deritzo espektrometro honi.
X izpien neurketa grabatzeko gailua
Baldintzak: X izpien detektagailuak neurtutako X izpien pultsuaren seinalea zehaztasunez bistaratu eta erregistratu. Zarata txikia, maiztasun banda zabala, bereizmen handikoa, etab.
Lan-prozesua: kristal espektroskopikoak sortutako X izpiak kontagailu proportzionaleko hodira sartzen dira, kontagailu proportzionaleko hodiaren seinalea aurreanplifikagailuan eta anplifikadore nagusian (AMP) sartzen da eta pultsuaren altuera kanal bakarreko analizatzailean (SCA) aztertzen da. kanal bakarreko analizatzailearen irteera-pultsua kanal bikoitzeko kontagailura bidaltzen da zenbatzeko, kanal bakarreko analizatzailearen irteera-seinalea eta tasa-taula CRT-n bistaratzen dira irudi-hautatzailearen bidez X izpien intentsitatearen banaketa dimentsio bakarrean erakusteko. (lerro-profila) edo bi dimentsio (X izpien irudia).
Mikroskopio optikoak eta transmisio-argiztapen iturriak
Mikroskopio optikoak erabiltzen dira aztertutako puntuaren kokapen eta kolimazio zehatza egiteko.
Mota: gehienbat mota islatzailea.
Adierazleak: Bereizmena eta foku-distantzia.
Transmisioko argi-iturria: lagin geologikoen argi polarizatua behatzeko erabiltzen da, ikerketa geologikorako oso erabilgarria.
Baldintzak: distira handia, ikus-eremu handia.
Mota: Transmisiboa/polarizatua, erauzgarria.
Lagin-ganbera
Laginak muntatzeko, trukatzeko eta mugitzeko. Lagina X, Y eta Z norabideetan mugi daiteke, eta lagin-mahai batzuk okertu eta biratu daitezke.
Analisi-sistema automatizatuak
Hirurogeita hamarreko hamarkadaren amaieran ordenagailuen garapenarekin, EPMAk automatikoki kontrolatu ziren. Ordenagailuak zunda elektronikoaren lagin-etapa, espektrometroa, sistema elektro-optikoa, funtzio analitikoak eta datuak eskuratzea eta prozesatzea kontrolatzen ditu. Datu analitikoak eta irudiak ordenagailuan prozesatu eta gorde daitezke.
Hutseko sistema
Huts-sistemak katodo-elektroien eta gas-molekulen arteko talka egiteko aukera murrizten du beharrezko elektroi-sorta lortzeko. Hobetu anodoaren eta katodoaren arteko isolamendua, potentzial diferentzia handia jasan dezaten, baina ez tentsio handiko matxurarik.
Hutsaren maila, oro har, 0. 01 Pa-0 da. 001 Pa, normalean ponpa mekaniko batekin.
Eskaneatzeko pantaila-sistema
Elektroi-sorta laginaren gainazalean eta behatutako irudiaren fluoreszentzia aztertzen da, eta seinaleak, hala nola, elektroi sekundarioak, atzera barreiatuta dauden elektroiak eta X izpiak CRT batera bidaltzen dira, irudiak bistaratzeko edo grabatzeko detektagailuaren eta seinalearen prozesamenduaren ondoren. . Orain tresnak irudi digitalak erakusten ditu eta prozesatu egin daiteke.
Elektroi-zunda mikroanalisi motak
Uhin-luzera sakabanatzeko espektrometroa (WDS)
Uhin-luzeraren espektrometro dispertsiboa X izpi bereizgarrien uhin-luzera desberdinak erabiltzen ditu espektroa zabaltzeko eta X izpien uhin-luzera desberdinen detekzioa bereizita egiteko.
WDS batez ere kristal espektroskopiko batez, X izpien detektagailu batez eta datuak prozesatzeko sistema batez osatuta dago; uhin-espektrometroaren funtzionamendu-printzipioa hauxe da: Bragg-en legearen arabera, laginak igorritako X izpi karakteristikoak kristalaren gainazalarekiko d distantzia jakin bat duen kristal batek bereizten ditu espektroskopikoki. λ uhin-luzera desberdineko X izpi karakteristikoek θ difrakzio-angelu desberdinak izango dituzte. θ etengabe aldatuz, λ uhin-luzera desberdineko X izpi karakteristikoak X izpien intzidentzia-norabidetik 2 θ-ra dagoen posizioan neur daitezke, λ uhin-luzera desberdinetan.
Energia sakabanatzeko espektrometroa (EDS)
Energia barreiatzeko espektrometroa X izpi karakteristikoen energia desberdinak erabiltzen dituena espektroa zabaltzeko eta X izpien energia desberdinak bereizita detektatzeko, energia espektrometro deritzona.
EDS batez ere X izpien detektagailuek, aurreanplifikadoreek, pultsu-seinaleen prozesatzeko unitateek, analogiko-digital bihurgailuek, kanal anitzeko analizatzaileek, miniordenagailuek, pantaila- eta grabazio-sistemek eta abarrek osatzen dute. Energia-espektrometroaren osagai nagusia litio-deriva siliziozko erdieroale detektagailua da, normalean Si (Li) detektagailua deitzen dena. Energia-espektrometroaren funtzionamendu-printzipioa pultsu bakoitza karga-pultsuen altueraren arabera sailkatzea da, energia-tarte desberdineko "kanaletan", "kanala", hau da, energia, koordenatu horizontal gisa hartuta, eta "kanalera" sartzen diren karga-pultsuen kopurua koordenatu horizontal gisa. "Kanalera" sartzen diren karga-pultsuen kopurua koordenatu horizontala da, eta "kanalera" sartzen diren karga-pultsuen kopurua koordenatu bertikala, laginaren energia-espektroa lortzeko.
WDS eta EDSren errendimendu nagusien konparaketa
| Konparatu edukia | WDS | EDS |
|---|---|---|
| Analisi elementalaren barrutia | 4Be-92U | 4Be-92U |
| Analisi kuantitatiboaren abiadura | moteldu | Quick |
| Ebazpena | Altua (≈5eV) | Baxua (130 eV) |
| Detekzioaren muga | 10-2 (%) | 10-1 (%) |
| Analisi kuantitatiboaren zehaztasuna | High | Behe- |
| X izpien bilketaren eraginkortasuna | Behe- | High |
| Peak-to-back ratioa (WDS/EDS) | 10 | 1 |
Elektronien zunda mikroanalisi metodo analitikoak
Elektronien zunda mikroanalisirako oinarrizko bi metodo analitiko daude: analisi kualitatiboa eta analisi kuantitatiboa.
(1) Analisi kualitatiboa
Analisi kualitatiboa ale baten hautatutako puntu baten (eremuaren) osagaien analisi kualitatiboa da, puntu-eremuan dauden elementuak zehazteko.
Analisi kualitatiboaren printzipioa: aztertu beharreko puntua mikroskopio optiko batekin edo fluoroskopioan bistaratzen den irudi batean hautatzen da, eta elektroi-izpi fokatu bat distiratzen da laginaren elementuen X izpi bereizgarriak kitzikatzeko puntuan. puntu hori. X izpien espektroa X izpien espektrometro batekin detektatu eta bistaratzen da, eta aztertutako lagin puntuan dauden elementuak lerro espektralen gailurraren posizioaren uhin-luzeraren arabera zehazten dira.
X izpien energia dagokiona E=hv bezala adieraz daiteke, non: E X izpien energia den; h Planck-en konstantea. Ikus daiteke X izpien energiaren eta maiztasunaren artean banakako korrespondentzia dagoela, eta hori da energia-espektrometro bidezko analisi kualitatiboaren oinarrizko printzipioa.
(2) Analisi kuantitatiboa
Bajo el irradiazio elektroi-sorta egonkor baten kasuan, elementu bakoitzaren antzeko espektro-lerro karakteristikoen (ohiko Kα lerroak) intentsitate-balioak haien kontzentrazioarekin bat etorri beharko luke, X izpien espektroa atzeko planoaren zenbaketatik kendu ondoren.
Elektroi-zunda mikroanalisiaren miaketa-metodoak
EPMAk bi eskaneatzeko metodo ditu: lerro-eskaneatze-analisia eta gainazal-eskaneatze-analisia
(1) Lerro eskaneatu analisia
Lerro-eskaneatze-analisia elektroi-izpi fokatu baten eskaneatu motela da hautatutako lerro batean zehar (partikula edo interfaze baten bidez) ale baten behaketa-eremuan.
X izpien espektrometroa elementu ezagun baten X izpi ezaugarriak detektatzeko egoeran dago eta X izpien intentsitate ezaugarriaren banaketa laginaren eskaneatu-lerroan zehar ateratzen du elementuaren edukiaren aldaketa islatuz.
X izpien espektrometroa elementu ezezagun bat antzemateko egoeran dago, eta ondorioz, miaketa-lerroan zehar elementuak banatzen dira, hau da, zein elementu dauden lerroan.
(2) Gainazaleko miaketa-analisia
Enfokaturiko elektroi-sorta bi dimentsioko raster gisa eskaneatzen da; X izpien espektrometroa X izpien ezaugarri jakin bat detektatzeko egoeran dago, eta puntu distiratsu askoz osatutako irudia lortzen da, hau da, X izpien miaketa-irudia edo oinarrizko gainazaleko banaketa-irudia.
Elemental edukia altua da eta puntu distiratsuak trinkoak dira. Elementuaren banaketa irudiko puntu distiratsuen dentsitatearen eta banaketaren arabera zehazten da: eremu distiratsuak elementuen eduki handia adierazten du, eremu grisek eduki baxua eta eremu beltzak eduki oso baxua edo existitzen ez den.
57Fe kitzikatuaren eta oinarrizko egoeraren zatiketa hiperfina
(Zatiketa hiperfin magnetikoaren sei aldiz gailurraren irudikapen eskematikoa 57Fe xurgatzaileen energia mailan / dagokion Musburger espektroan)
Nola eskatu elektroi-zunda mikroanalisia?
Gurea interesatzen bazaizu Elektroi-zunda Mikroanalisia edo zalantzaren bat baduzu, idatzi e-mail bat info@antiteck.com helbidera, ahalik eta azkarren erantzungo dizugu.