ЭМ (Раздаточные материалы от преподавателя), страница 14

Сигнал с детектора подается в многоканальный анализатор, который позволяет регистрировать и просматривать на экране монитора спектр, включающийпики от всех элементов, входящих в образец.Большим преимуществом энергетических дисперсионных спектрометров является то, что энергия всех падающих квантов можетбыть обработана одновременно.

В результате этого для снятиярентгеновского спектра требуется всего лишь несколько минут,в то время как при работе со спектрометрами волновой дисперсииКонспект лекций75необходимо затратить на ту же операцию один или несколько часов. Недостатком ЭДС является примерно на порядок меньшееэнергетическое разрешение по сравнению с СВД и возможностьидентифицировать элементы, начиная только с порядкового номера Z = 11 (Na).1.6.3. ПОДГОТОВКА ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙИ ОСОБЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НИМВ общем случае подготовка для анализа металлических образцов не вызывает особых трудностей. Они подготавливаются какобычные металлографические шлифы с использованием шлифования и последующей полировки. Однако поверхность образцовдолжна быть совершенно плоской и не иметь рисок и рельефа.

Наличие этих дефектов приводит к снижению точности определенияконцентрации элементов. По этой причине полировка должна выполняться исключительно механически с использованием алмазных паст. При подготовке шлифов нельзя использовать абразивные материалы, содержащие элементы, входящие в состав исследуемых материалов. Абразивные частицы могут внедрятьсяв поверхность образца. Например, нельзя использовать традиционные абразивы – оксиды хрома, алюминия или карбид кремния,если в состав материала входят Cr, Al или Si.Необходимо иметь в виду, что при заливке шлифов в сплав Вуда или другие мягкие композиции возможно их «намазывание» наповерхность образца.Следует избегать электрополировки и химического травления,так как они могут привести к образованию рельефа и вызватьопасность обогащения или обеднения компонентов поверхностивследствие селективного травления. Для того чтобы отыскать требуемое место образца в рентгеноспектральном микроанализаторе,можно после полировки слабо протравить образец и отметить требуемые места отпечатками микротвердости.

Затем образец нужноснова переполировать до такой степени, когда травление исчезнет,а маркировка останется.В том случае, когда при заливке шлифов использовалась пластмасса, она должна быть удалена с поверхности образца, так какпод воздействием электронного луча она испаряется и загрязняетаппаратуру.76Электронная микроскопияПри анализе неэлектропроводящих объектов на поверхностьшлифа напыляют электропроводящие материалы: углерод, алюминий, золото. Иногда для этих целей используют серебро. Чащевсего применяют углерод, так как он не образует оксидных пленоки дешев.В любом случае исследуемый образец должен быть идеальночистым. Это требование относится как к растровой электронноймикроскопии, так и к рентгеноспектральному микроанализу.

Прежде всего нужно устранить контакт шлифованного участка образца с пальцами. Если выявится необходимость в дополнительнойочистке поверхности образца, то для этого используют специальные промывочные средства, в том числе очистку с применениемультразвука.1.6.4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИРЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО МИКРОАНАЛИЗАТОРАРентгеноспектральным микроанализом не удается определитьв составе сплава легкие элементы с порядковым номером меньше 4.Возникают такие трудности и с выявлением элементов, когда налинии K-серии одного элемента накладываются линии L- илиM-серии другого элемента.Например, на линию K L азота практически накладывается линия L j титана.

В этом случае прибор зарегистрирует суммарнуюинтенсивность излучения, что приведет к ошибке в определенииконцентрации азота в сплаве.Важной характеристикой рентгеноспектрального микроанализаявляется его локальность, т. е. объем вещества, в котором возбуждается характеристическое рентгеновское излучение. Он определяется в первую очередь диаметром электронного зонда на образце и зависит от ускоряющего напряжения и химического составаматериала. Диаметр зонда обычно составляет 0,1 до 0,5 мкм. Дляполучения надежных результатов количественного анализа рекомендуется, чтобы исследуемый объект (фаза включения) имелразмеры не менее 5 мкм.Чувствительность метода (предел обнаружения) оцениваетсякак доля элемента в массовых процентах, которая еще может бытьвыявлена в данной матрице.

Она зависит от отношения интенсивности сигнала к уровню фона, т. е. от выбранной для анализа се-Конспект лекций77рии рентгеновских линий, продолжительности измерений, величины ускоряющего напряжения и, в существенной мере, от химического состава матрицы. Наилучший вариант анализа, когда определяется содержание элемента с большим порядковым номером Zв матрице с малым Z . В целом можно считать, что для элементовс Z > 10 достигается предел обнаружения на уровне 0,01%(по массе) и ниже. Для элементов с меньшим значением Z он составляет только 0,1% (по массе).Точность количественного анализа определяется инструментальными ошибками, а также точностью внесения поправок.Ошибка, вносимая корректировочным расчетом поправок,представляет собой систематическую ошибку, которая остаетсяпостоянной.

Инструментальные ошибки, возникающие непосредственно в процессе измерений, будут определять степень воспроизводимости анализа. В частности, на ошибки влияют следующиефакторы: точность установки угла q спектрометра, соответствующего максимуму интенсивности рентгеновского излучения;стабильность работы электроники; статистика импульсов; качество подготовки шлифа; процессы диффузии и испарения при электронной бомбардировке образца; наложение линий спектра; правильность установки уровня фона.В зависимости от задач исследования можно осуществлять анализ материала в точке, сканированием вдоль выбранной линии илипо площади участка микрошлифа.

Анализ распределения элементов может быть выполнен в качественном, полуколичественноми количественном виде.Количественный анализ осуществляется в точке. Для его проведения подбираются определенные условия, обеспечивающиевысокую чувствительность и точность анализа.При качественном анализе определяется тип элементов, входящих в состав исследуемого участка образца.

Если образец имеетнесколько фаз (участков), химический состав которых неизвестен,то выполняется качественный анализ каждой фазы.Качественный анализ обычно используется для определенияхарактера распределения элементов по площади шлифа. Это реализуется путем получения рентгеновского растрового изображения, аналогично формированию изображений во вторичных электронах РЭМ. В тот момент, когда сигнал, свидетельствующийо наличии того или иного элемента, поступает на кинескоп прибора, на экране появляется светлая точка. Плотность точек является78Электронная микроскопияориентировочной мерой концентрации исследуемого элемента.

Поэтим данным можно приближенно судить о составе различныхучастков шлифа, в частности, о распределении элементов по границам зерен, составе вторых фаз и т. д. Следует иметь в виду, чтомалые количества элементов этим методом обнаружить нельзя,так как при сканировании продолжительность регистрации в каждой точке невелика, что приводит к ошибке счета. После качественного анализа часто проводят количественный анализ в отдельно выбранных точках. По полученным данным программноеобеспечение позволяет определять тип фазы, исходя из ее химического состава.Полуколичественный анализ реализуется, если требуется определить распределение элементов вдоль линий (линейный анализ).Он осуществляется сканированием поверхности образца электронным лучом в заданном направлении с одновременным получениемна экране диаграммы изменения интенсивности рентгеновскогоизлучения и, следовательно, концентрации анализируемого элемента.

При использовании соответствующих эталонов можно задать масштаб концентрации, позволяющий полуколичественнооценить изменение концентрации. В современных микрозондахлинейный анализ выполняется почти исключительно методомшагового сканирования, т. е. путем последовательного проведения анализа в отдельных точках.

Таким образом, осуществляетсяколичественное определение концентрации элементов с заданнойточностью.1.6.5. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГОМИКРОАНАЛИЗАТОРАРСМА используется для исследования распределения компонентов и примесей в сталях и сплавах. Отличительной особенностью рентгеноспектрального микроанализа в сравнении с другимиметодами химического анализа, например такими, как спектральный эмиссионный анализ, лазерный спектральный анализ, является его высокая локальность.