Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

измерения содержания серебра не превышала 20%. Порог чув­ ствительности анализа на серебро составил 10_3%.

Определение площадей пиков, вычитание фона, деление вы­ полнялись на ЭВМ, выдававшей непосредственную величину отношения.

Простота, стабильность, хорошая воспроизводимость резуль­ татов при использовании для элементного анализа приборов с ППД и радиоизотопных источников сочетаются, как правило, с высокой чувствительностью. В то же время весьма небольшое число радиоизотопных излучателей моноэнергетических линий, пригодных для возбуждения характеристического излучения, ограничивают диапазон элементов, анализируемых в оптималь­ ных условиях. С этой точки зрения в некоторых случаях в ка­ честве первичного излучателя можно применить маломощную малогабаритную рентгеновскую трубку [36]. Из-за высокой светосилы блока детектирования с ППД необходимая мощ­ ность трубки не превосходит 1—2 Вт и ее питание обеспечива­

рассеянным тормозным излучением в рабочем канале спектро­ метра с ППД.

Более эффективен так называемый каскадный метод воз­ буждения. В этом случае тормозное излучение трубки генери­ рует характеристическое излучение мишени, которое затем ис­ пользуется для возбуждения аналитической линии. Материал мишени выбирают так, чтобы с учетом энергетического разре­ шения спектрометра с ППД, с одной стороны, были обеспечены условия для эффективного возбуждения анализируемого эле­ мента, а с другой — некогерентно рассеянное излучение давало минимальный вклад в фон аналитической линии. За счет вы­ сокой плотности потока первичного излучения измерения мож­ но осуществлять в геометрии узких пучков.

Полученные на основе такой схемы возбуждения пороги чувствительности представлены в табл 6.12.

296

При сравнении табл. 6.11 и 6.12 видно, что применение вто­ ричных мишеней в большинстве случаев оказывается целесо­

рательного возбуждения аналитической линии, особенно полез­ ного в случаях, когда в мат­

ней работе измерения молибдена в тонкой пробе показали, что порог чувствительности такой методики —0,5 мкг элемента.

Применение для возбуждения аналитической линии более мощных рентгеновских трубок в сочетании со спектрометрами рентгеновского излучения с ППД сделает, по-видимому, воз­ можным практически решить такие задачи, как непрерывный контроль за содержанием полезного компонента в емкостях, на транспортерной ленте и т. п.

Поскольку рассеянное у-, рентгеновское и тормозное излуче­ ния, регистрируемые вместе с аналитической, линией ППД, — основная причина ограничения дальнейшего снижения порога чувствительности, одно из направлений увеличения чувствитель­ ности анализа — использование ППД в измерениях, при кото­ рых характеристическое излучение возбуждается тяжелыми за­

сравнения на том же рисунке приведены кривые зависимости сечения рождения характеристических квантов, возникающих при облучении вещества у-квантами различной энергии. Легко увидеть, что по крайней мере для элементов с порядковым но­ мером, меньшим 40, эффективность возбуждения характеристи­ ческого излучения пучком а-частиц в 5— 10 раз выше, чем по­ током у-квантов. Главное преимущество такого способа воз­ буждения, как известно, заключается в том, что ввиду большой

297

массы а-частнцы она при замедлении в веществе практически не образует непрерывного тормозного излучения. Эти обстоя­ тельства совместно с высоким энергетическим разрешением ППД обусловливают высокую чувствительность метода.

Рис. 6.11. Сечение возбуждения рентгеновского характеристического излучения а-частицамн (сплошные линии) и моиоэнергетическими кван­ тами (пунктирные линии).

В работе [37] образцы тонких пленок возбуждались пучком а-частиц, ускоренных до 50 МэВ, а характеристическое излуче­ ние регистрировалось Si (Li)-ППД с энергетическим разреше­ нием 320 эВ по линии 6,4 кэВ. Порог чувствительности (т. е. количество элемента, при котором эффект составлял 0,1 фона)

298

для анализа на медь, олово и свинец (по L-линии) составил (1,9; 3,2 и 5,5) - 10—12 г соответственно, причем основная часть фона была обусловлена наличием тонкой органической пленки, на которую наносили исследуемое вещество. При необходимо­ сти пучок' а-частиц может быть сфокусирован для анализа вы­ бранного малого объема или площади. Изменяя энергию а-ча­ стиц, а тем самым и глубину их проникновения в вещество, можно проводить исследование элементного состава вещества по его глубине.

Аналогичные измерения выполнены в работе [38], где ха­ рактеристическое излучение генерировалось протонами, уско­ ренными до 1,5 МэВ. Предел чувствительности для кальция, меди п бария был найден равным (0,3; 2,0 и 20) -10~12 г соот­ ветственно. Теоретический предел в подобных измерениях со­ ставляет величину примерно. 10-и — 10-15 г вещества. Несмот­ ря на то что данный способ анализа имеет свои специфические трудности и особенности, его уникальная чувствительность и перспектива ее дальнейшего улучшения создают качественно новые аналитические возможности и области его использования.

Применение спектрометров мягкого у- и рентгеновского из­ лучений с S i(L i)-n n j( в приборах для электронного микроана­ лиза позволило резко улучшить их измерительные характеристи­ ки [39]. До последнего времени в этой области исследования состава и свойств вещества для анализа энергетического соста­ ва излучения, возникающего под действием ускоренных элек­ тронов. использовали дисперсионный спектрометр. При этом из-за его низкой светосилы ток электронного пучка должен быть достаточно большим, а время измерения значительным, поскольку энергетический спектр обычно определяли при по­ следовательном изменении угла отражения 0. Большая сила тока в пучке в свою очередь не позволяла сфокусировать его до диаметра, меньшего нескольких десятых долей микрона. До­ полнительные погрешности возникали из-за влияния рельефа поверхности образца при работе в геометрии узких пучков.

Появление спектрометра рентгеновского излучения с ППД, имеющего высокую светосилу и хорошее энергетическое разре­ шение, позволило значительно усовершенствовать тип прибора, совместившего в себе функции микроанализатора и электрон­ ного микроскопа и названного сканирующим электронным ми­ кроскопом (СЭМ). Резкое увеличение светосилы блока детекти­ рования снизило на несколько порядков необходимый ток электронного пучка, в результате чего стало возможным при помощи магнитной фокусировки уменьшить его диаметр до со­ тен и даже десятков ангстрем. В то же время одновременный набор всего энергетического спектра многократно сократил время измерения, не превышающее в данном случае десятков секунд. Работа в широких пучках снизила влияние эффекта рельефа. Поскольку объект измерения данным прибором на­

299

ходится в вакуумной камере, как и ППД, появилась возмож­ ность анализа очень легких химических элементов, причем нижнюю границу в этом случае определяют собственные шумы головного каскада усилителя и ППД, а также толщина его мертвого слоя.

СЭМ нашел широкое применение во многих областях: от исследования состава образцов пород, доставленных с Луны, до анализа следов элементов в биологических объектах, причем в последнем случае малый электронный ток позволил проводить исследования без разрушения органической структуры тканей.

Значительное улучшение эксплуатационных характеристик стандартных дифрактометров достигнуто при оснащении этого прибора спектрометром рентгеновского излучения с ППД. При регистрации дифрагирующего на исследуемом образце излу­ чения сильные помехи оказывает фон, возникающий в резуль­ тате пекогерентного рассеяния первичного излучения и рент­ геновской флюоресценции материала образца. Пропорциональ­ ный счетчик, применяемый в дифрактометрах, обычно не позволяет эффективно выделить дифрагирующую линию на уровне непрерывного фона и посторонних линий. Использование дисперсионного анализатора с его малой светосилой требует длительного времени измерения, что не всегда возможно, осо­ бенно когда объект измерения находится при высокой пли низкой температуре, давлении и т. п.-Использование ППД рез­ ко улучшило отношение эффект — фон и экспрессность измере­ ния параметров кристаллической решетки вещества.

Не вызывает сомнения, что рассмотренные примеры приме­ нения спектрометров рентгеновского излучения с ППД далеко не исчерпывают потенциальных возможностей даже на уровне их современных параметров. Перечислим кратко сферы и об­ ласти пауки и техники, где такие приборы либо уже исполь­ зуются, либо их применение позволит получить новую пли более точную информацию [40].

Ядерная физика. Идентификация новых линий и переходов, измерения вероятностей перехода, коэффициентов конверсии и других ядерных параметров.

Медицина и биология. Исследования образцов тканей, плаз­ мы, обнаружение следов элементов в крови и других органичес­ ких веществах, контроль и анализ клинических источников ра­ диоактивного излучения и пр.

Металлургия. Анализ результатов диффузионных процессов

иотдельных проб при помощи электронного зонда, количествен­ ный и полуколичественный флюоресцентный анализ сталей и сплавов, измерение структуры вещества, находящегося при вы­ соких температуре, давлении.

Геофизика. Анализ различных руд; классификация минера­ лов, исследования океанского дна, установление корреляций

ипр.

30 0