Файл: стр_193-222___Metody_analiza_i_kontrolya_veshch (1).docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 487
Скачиваний: 1
СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1. Отбор и подготовка пробы к анализу
1.4. Отбор пробы твердых веществ
1.6. Потери при пробоотборе и хранение пробы
1.7. Подготовка пробы к анализу
Глава 2. Статистическая обработка результатов
2.1. Погрешности химического анализа. Обработка результатов измерений
2.3. Оценка точности и правильности измерений при малом числе определений
2.4. Доверительный интервал и доверительная вероятность (надежность)
2.5. Аналитический сигнал. Измерение
Глава 3. Спектральные методы исследования веществ
3.1. Абсорбционная спектроскопия
3.1.1.1. Выбор длины света и светофильтра в фотометрическом анализе
3.1.1.2. Основные приемы фотометрического анализа
3.1.1.3. Анализ смеси окрашенных веществ
3.1.1.4. Аппаратура, используемая в анализе
3.1.1.5. Нефелометрия и турбидиметрия
3.1.2. Атомно-абсорбционная спектроскопия
3.1.2.2. Аппаратура, используемая в анализе
3.2. Эмиссионный спектральный анализ
3.2.1. Происхождение эмиссионных спектров
3.2.6. Аппаратура, используемая в анализе
3.2.6.1. Принцип работы универсального стилоскопа
3.2.6.2. Принцип работы спектрографа
3.2.6.3. Принцип работы микрофотометра
3.3.1. Чувствительность анализа
3.3.2. Количественное определение элементов
3.3.3. Измерение интенсивности излучения
3.3.4. Методы определения концентрации растворов в фотометрии пламени
3.4. Методы колебательной спектроскопии. Ик-спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния
3.4.2. Спектры ик и комбинационного рассеяния (кр)
3.4.3. Аппаратура, используемая в анализе
3.5.1. Классификация и величины, характеризующие люминесцентное излучение
3.5.3. Аппаратура, используемая в анализе
3.6. Рентгеновская спектроскопия
3.6.1.1. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
3.6.2. Рентгено-эмиссионный анализ
3.6.2.2. Количественный анализ
3.6.3. Рентгенофлуоресцентный анализ
3.6.3.1. Основные виды рентгенофлуоресцентного анализа
3.6.4. Рентгено-абсорбционный анализ
3.7. Радиоспектроскопические методы
3.7.2. Электронный парамагнитный резонанс
3.7.3. Ядерно-магнитный резонанс
3.7.4. Ядерный квадрупольный резонанс
3.7.5. Другие методы радиоспектроскопии
3.8.4. Нейтронная спектроскопия
3.10. Электронная спектроскопия
3.10.1. Фотоэлектронная спектроскопия
3.10.2. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов
3.12. Ультрафиолетовая спектроскопия
Глава 4. Масс-спектрометрический метод анализа
4.1. Принцип действия масс-спектрометра
4.4. Интерпретация масс-спектров
Глава 5. Хроматографические методы
5.1. Классификация хроматографических методов
5.2. Хроматографические параметры
5.3. Теория хроматографического разделения
5.4. Теория теоретических тарелок
5.5. Кинетическая теория хроматографии
5.9.1. Газотвердофазная хроматография
5.9.2. Газожидкостная хроматография
5.10. Жидкостная хроматография
Глава 6. Электрохимические методы
6.1. Основные понятия электрохимии
6.1.1. Электрохимическая ячейка и ее электрический эквивалент
6.1.2. Индикаторный электрод и электрод сравнения
6.1.4. Электрохимические системы
6.1.4.1. Равновесные электрохимические системы
6.1.4.2. Неравновесные электрохимические системы
6.2.1. Прямая потенциометрия (ионометрия)
6.2.2. Потенциометрическое титрование
6.3.2. Кулонометрическое титрование
6.4.1. Амперометрическое титрование
6.4.2. Титрование с двумя индикаторными электродами
6.5. Кондуктометрический метод анализа
Глава 7. Методы термического анализа
7.2. Метод дифференциального термического анализа
7.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия
7.5. Дилатометрия и другие термические методы анализа
Глава 8. Дифракционные методы анализа
8.2. Методы дифракционного анализа
Глава 9. Микроскопические методы анализа
9.2.1. Растровая электронная микроскопия
9.2.1.1. Аппаратура метода рэм
9.2.1.2. Использование вторичных и отраженных электронов в рэм
9.2.1.3. Типы контраста в растровой электронной микроскопии
9.2.1.4. Выбор условий работы рэм и подготовка образцов
9.2.1.5. Объекты исследования и их подготовка
9.2.2. Просвечивающая электронная микроскопия
9.2.2.1. Общая характеристика пэм
9.2.2.3. Разновидности метода пэм
9.3. Сканирующие зондовые методы исследования
9.3.1. Сканирующая туннельная микроскопия
9.3.2. Атомно-силовая микроскопия
9.3.3. Магнитосиловая зондовая микроскопия
Просвечивающая электронная микроскопия дает возможность по- лучить в одном эксперименте изображения с высоким разрешением и микродифракционные картины одного и того же участка образца. Со- временные просвечивающие электронные микроскопы обеспечивают
286
разрешение до 0,1 нм и размер участка, с которого снимается микроди- фракционная картина, до 50 нм. В связи с этим стали иногда употреб- лять термин «просвечивающая электронная микроскопия высокого раз- решения». По полученному изображению можно судить о строении ма- териала, а по дифракционной картине – о типе кристаллической решет- ки.
9.2.2.2. Аппаратура метода
Для проведения исследований методом ПЭМ используют просве- чивающие электронные микроскопы, представляющие собой высокова- куумные высоковольтные устройства, позволяющие определять размер, форму и строение вещества путем анализа углового распределения электронов, прошедших через образец.
Просвечивающий электронный микроскоп (рис. 9.16) состоит из электронной пушки и системы магнитных линз, одни из которых служат для создания освещающего пучка с небольшой расходимостью, а другие – для создания увеличенного изображения.
В вертикально расположенной колонне поддерживается вакуум 10
-2 –10
-3 Па. Для получения электронного пучка используют явление
термоэлектронной эмиссии. Источником электронов является тонкая вольфрамовая нить диаметром 0,1 мм V-образного изгиба. Нить нагре- вается переменным током до температуры 2700 °С и становится источ- ником электронов. Система, образованная катодом, анодом и нитью накала называется электронной пушкой. Ток электронного пучка зави- сит от температуры нити. Выходя из электронной пушки, пучок попада- ет в поле конденсорной линзы, которая его фокусирует и направляет на образец.
Объективная линза служит для первоначального увеличения изоб- ражения. Это очень важная часть микроскопа, так как любые дефекты изображения, появившиеся в объективной линзе, дают большие иска- жения всего изображения в целом. Для получения большого увеличения фокусное расстояние объективной линзы должно быть как можно коро- че. Для этого поле должно быть как можно сильнее и ограничено в про- странстве. Увеличение поля достигается путем увеличения числа вит- ков. Для уменьшения протяженности поля используют оболочку – маг- нитопровод для катушки из ферромагнитного материала. Внутри распо- лагают полюсные наконечники с малым зазором между полюсами и с отверстием диаметром 4–6 мм для прохода электронов и размещения образца. Этим достигается интенсивное поле в малом объеме.
287
Рис. 9.16. Общий вид колонны ПЭМ: 1 – высоковольтный кабель; 2 – электрон-
ная пушка; 3 – катодный узел; 4 – управляющий электрод; 5 – анод; 6 – первая кон- денсорная линза; 7 – вторая конденсорная линза; 8 – отклоняющая система юсти- ровки осветителя; 9 – камера образцов; 10 – апертурная диафрагма объектива;
11 – объективная линза; 12 – полевая диафрагма; 13 – промежуточная линза; 14 – дифракционная камера; 15 – проекционная линза; 16 – микроскоп;17 – камера
наблюдения; 18 – катодолюминесцентный экран
Так как в обмотке большое число витков и сильный ток, то система подвергается нагреву, следовательно, ток через катушку может изме-
1
2 3 4 5
6
7
8
9
10
11 12
13
14 15
16
17
288
няться со временем. Этого избегают, применяя водяное охлаждение и электронную стабилизацию тока в линзах.
Объект располагается в непосредственной близости от фокальной плоскости линзы. Проходя через образец, электронный пучок рассеива- ется, отклоняясь от тяжелых атомов и поглощаясь более толстыми участками. Для повышения контраста изображения в задней фокальной плоскости объективной линзы (плоскость первичного дифракционного изображения) устанавливается аппретурная диафрагма, которая обреза- ет электроны, рассеянные на структурах с пространственными периода- ми меньшими тех, изображение которых хотят получить. Аппретурная диафрагма позволяет выбирать из всех электронов, прошедших через образец, либо только сильно рассеянные электроны, либо нерассеянные или слаборассеянные электроны. В первом случае на полученном изоб- ражении более светлыми будут выглядеть участки, соответствующие участкам образца с большей рассеивающей способностью (темнополь- ное изображение), а во втором – наоборот (светлопольное изображе- ние). Фиксация изображения на ранее выпущенных микроскопах осу- ществлялась на фотопленку или фотопластинки. В современных микро- скопах используются цифровые фото- и кинокамеры. Для микроди- фракционных исследований в состав микроскопа включают подвижную селекторную диафрагму, которая в этом случае заменяет аппретурную.
Проекционная линза служит для дальнейшего увеличения изобра- жения объекта и получения его конечного изображения на экране мик- роскопа и на фотопластинке. Для плавного изменения увеличения и по- лучения большего увеличения между объективной и проекционной лин- зами ставят промежуточную линзу.
Разрешение электронного микроскопа достигает 0,1 нм. Длина волны электронов в ПЭМ при энергии электронов 100 кэВ достигает 0,0037 нм. Поэтому с помощью просвечивающего электронного микро- скопа можно получать картины дифракции электронов – электроно- граммы, используемые для идентификации фаз при проведении каче- ственного фазового анализа.
C уменьшением длины волны возрастает разрешающая способ- ность оптической системы ПЭМ. Рост ускоряющего напряжения также приводит к возрастанию проникающей способности электронов. На микроскопах с напряжением 1000 и более кВ возможно изучение об- разцов толщиной до 5–10 мкм.
Быстрый переход от ПЭМ изображения к микродифракционным картинам (электронограммам) традиционно является сильной стороной ПЭМ.
289
9.2.2.3. Разновидности метода пэм
Существует три разновидности метода просвечивающей электрон- ной микроскопии: прямой, полупрямой и косвенный.
Прямой метод дает наиболее полную информацию о структуре объекта, которым служит тонкая металлическая пленка (фольга), про- зрачная или полупрозрачная, для электронов. Обычно фольги получают путем утонения массивных образцов. На последних стадиях процесса утонения наиболее часто применяют технологию электрохимической полировки. В ряде случаев фольги получают также путем физического напыления в вакууме на водорастворимые подложки (NaCl, KCl). При исследованиях по этому методу удается различать отдельные дис- локации и их скопления. Иногда микроскопы снабжают специальными приставками. Например, при использовании приставки, позволяющей растягивать фольгу в колонне микроскопа, можно непосредственно наблюдать эволюцию дислокационной структуры при деформации.
При исследовании этим методом можно проводить и микроди- фракционный анализ. В зависимости от состава материала в зоне изуче- ния получают диаграммы в виде точек (монокристаллы, или поликри- сталлы с зерном больше зоны исследования), сплошные или состоящие из отдельных рефлексов (очень мелкие кристаллики в зернах или не- сколько малых зерен). Расчет этих диаграмм аналогичен расчету рент- геновских дебаеграмм.
С помощью микродифракционного анализа можно также опреде- лять ориентировки кристаллов и разориентировки зерен и субзерен. Просвечивающие электронные микроскопы с очень узким лучом позво- ляют по спектру энергетических потерь электронов, прошедших через изучаемый объект, проводить локальный химический анализ материала, в том числе анализ на легкие элементы (бор, углерод, кислород, азот).
Косвенный метод связан с исследованием не самого материала, а тонких реплик, получаемых с поверхности образца. В методическом плане он наиболее простой, так как изготовление фольг является слож- ным и достаточно длительным процессом. Изготовление реплик значи- тельно проще. Его проводят либо путем напыления в вакууме на по- верхность образца пленки углерода, кварца, титана и т. д., которую можно потом отделить от образца, либо используют легко отделяемые оксидные пленки (например для меди), получаемые оксидированием поверхности. Еще более перспективно использование реплик в виде по- лимерных или лаковых пленок, наносимых в жидком виде на поверх- ность шлифа. Для косвенного метода не требуются дорогостоящие вы- соковольтные микроскопы. Однако косвенный метод значительно усту-
