Disperzní analýza vlnové délky

Spektrální analýza elektromagnetického záření často zahrnuje úhlovou disperzi v závislosti na vlnové délce ; je to disperzní analýza vlnové délky . U viditelného světla to lze provést dvěma způsoby: hranolem nebo optickou difrakční mřížkou . U rentgenových paprsků se to děje difrakcí na jediném krystalu. Metoda pak nese název paprsková spektroskopie X vlnová délka disperze ( vlnová délka disperzní rentgenová spektroskopie, WDXS nebo WDS, anglicky) a paprsková fluorescenční spektroskopie X vlnová délka disperze ( vlnová délka disperzní rentgenová fluorescenční spektroskopie, WDXRF, v angličtině) pro aplikaci v rentgenové fluorescenční spektrometrii .

Viditelné světelné pouzdro

Rozptyl hranolem

Rychlost světla ve skle , včetně indexu lomu , závisí na jeho vlnové délce . V důsledku toho se úhel vychýlení lomem také mění v závislosti na vlnové délce . Můžeme tak určit světelné spektrum . $ne$ $\ lambda$

Rozptýlení po síti

Síť je sada letadel, které odrážejí nebo umožňují průchod elektromagnetického záření . Odražené záření ve formě vln se navzájem ruší. V případě konstruktivní interference, když se vlny překrývají, je paprsek zachycen. Pokud je interference destruktivní, pak mají vlny inverzní amplitudu, a proto se navzájem ruší. Podmínky pro přidání vln závisí na vzdálenosti mezi rovinami, charakteristické pro vzorek. Daná vlnová délka způsobí konstruktivní interference v několika směrech; tyto směry se nazývají „difrakční řád“.

Viz podrobný článek Optická difrakční mřížka .

Spektrometry typu Littrow, sestava Czerny-Turner.

Rovinná nebo zakřivená síť (viz Zaostřování ).

Kombinované metody

Nevýhodou mřížky je přítomnost několika difrakčních řádů na vlnovou délku; řád 2 nebo 3 jedné vlnové délky lze superponovat na řád 1 jiné vlnové délky. Abychom se tomuto problému vyhnuli, můžeme za mřížku umístit hranol s odchylkou kolmou k odchylce mřížky (tj. Odchylka rovnoběžná s liniemi mřížky). Můžeme tak oddělit různé objednávky.

RTG případ

Zásada

Vezmeme jediný krystal známých a stabilních rozměrů. Rentgenové paprsky difrakují na tomto krystalu, princip je stejný jako oddělení viditelného spektra sítí (například kompaktním diskem). Intenzita signálu se poté shromažďuje jako funkce odchylky 2θ paprsku. Energie difrakčních fotonů s průhybem je dána Braggovým zákonem : ${\ displaystyle h \ cdot v}$ $2 \ theta$

2⋅d⋅hřích⁡θ=ne⋅λ{\ displaystyle 2 \ cdot d \ cdot \ sin {\ theta} = n \ cdot \ lambda}

{\ displaystyle 2 \ cdot d \ cdot \ sin {\ theta} = n \ cdot \ lambda}

kde je vlnová délka záření, je inter-retikulární vzdálenost difrakční roviny krystalu a je celé číslo zvané „difrakční řád“, stejně jako Planckův zákon :

\ lambda

d

ne

E=hF=hvs.λ{\ displaystyle E = hf = {\ frac {hc} {\ lambda}}}

{\ displaystyle E = hf = {\ frac {hc} {\ lambda}}}

kde je Planckova konstanta , je frekvence a rychlost světla. Tento princip byl objeven v roce 1912 by Max von Laue a byl vyvinut WH a WL Bragg v roce 1915 . Princip je stejný jako u metody krystalové analýzy rentgenovou difrakcí , až na to, že v tomto případě máme známé spektrum paprsků a neznámý krystal, zatímco ve spektrální analýze máme neznámé spektrum. Ale známý krystal .

h

F

vs.

X

Krystaly analyzátoru

Nejběžnější krystaly analyzátoru jsou vyrobeny z fluoridu lithného (LiF), rozřezaného na difrakci rovin (200) nebo rovin (220) (LiF 200 nebo LiF 220), germania a kompozitních krystalů (vícevrstvých).

Detektory

Existují dva typy detektorů. Pro nízké energie (dlouhé vlnové délky) se používá proporcionální čítač . Jedná se o měřič obsahující plyn (směs argonu a metanu ). Mezi vodičem a stěnou detektoru je vytvořeno vysoké napětí; když foton vstoupí do plynu, způsobí ionizace, vytvořené náboje migrují účinkem vysokého napětí, které vytváří proudové špičky. Vytvořené impulsy jsou úměrné energii fotonů (odtud název detektoru), ale přesnost není dostatečná, aby bylo možné oddělit energie; umožňuje však filtrovat část šumu výběrem určitých výšek pulzů pomocí diskriminátoru. Je to podobné jako Geiger-Müllerův čítač, ale pracuje při nižším vysokém napětí. Každý aktuální vrchol se nazývá „úder“.

Druhým typem detektoru je takzvaný „scintilační“ (neboli „scintilátorový“) detektor. Foton zasáhne obrazovku, která emituje světelný foton (záblesk světla) pomocí Comptonova jevu , obrazovka je obecně vyrobena z jodidu sodného dopovaného thaliem NaI (Tl). Intenzita světla je detekována běžnou trubicí fotonásobiče (PM). Každý záblesk světla se nazývá „zásah“.

Intenzita rentgenového záření je vyjádřena v „záběrech“, často se také používá rychlost počítání v „záběrech za sekundu“ (cps). Je to libovolná jednotka. Počet zásahů je úměrný počtu fotonů procházejících detektorem.

Sekvenční nebo simultánní spektrometr

Existují dva typy spektrometrů:

sekvenční spektrometry: krystal analyzátoru a detektor jsou mobilní; změnou jejich polohy se stanoví difrakční úhel ( goniometr ) a zvolí se tak pozorovaná vlnová délka;
simultánní spektrometry nebo vícekanálové spektrometry: kolem vzorku je umístěno několik párů detektorů krystalů, polohy - tedy úhly - jsou pevné; tedy se měří několik vlnových délek současně, ale lze měřit pouze omezený počet a vždy stejný.

Sekvenční spektrometry mají obecně obrácenou optiku: je to hmotnost vzorku, která zajišťuje umístění analyzovaného povrchu proti masce držáku vzorku, takže analyzovaný povrch je vždy na referenční úrovni. Pokud se však vzorek rozbije, může kapka poškodit zkumavku nebo analytický modul.

Při monitorování výroby se obecně používají simultánní spektrometry: vždy hledáme stejné prvky a rychlost měření je vysoká. Ve skutečnosti musí být příprava vzorků velmi reprodukovatelná, a proto lze předpokládat, že je kontrolována tloušťka vzorků. Ve výsledku je možné použít „přímou“ optiku (trubice je nad vzorkem), která omezuje následky v případě prasknutí vzorku.

Stanovení intenzity

Vzhledem k tomu, že fotony čáry mají stejnou vlnovou délku, měla by se čára ve spektru jevit jako „tyč“. Kvůli nedokonalostem zařízení se však objevují ve formě vrcholu, který má zvonovitý tvar (celkový Gaussův profil ). Určité fotony linie jsou proto detekovány pro odchylky 2θ mírně odlišné od teorie (Braggův zákon); abychom vzali v úvahu všechny fotony, musíme proto vzít v úvahu čistou plochu píku (část oblasti nad dnem). Kromě toho určité detekované fotony pocházejí z jiných jevů (zejména Rayleighův rozptyl a Comptonův rozptyl záření z trubice a pravděpodobně Bremsstrahlung z fotoelektronů), které tvoří hluk pozadí .

V případě disperzní analýzy energie je tvar píku zcela určen optikou (zejména kolimátory a krystalem analyzátoru), je tedy pro dané podmínky měření totožný. Výška sítě je tedy úměrná ploše, takže k určení intenzity lze použít výšku sítě. To lze provést dvěma způsoby:

buď se vrchol měří při skenování (měření skenování) , horní část vrcholu se určuje úpravou paraboly ( přizpůsobení ) kolem několika nejvyšších bodů (obvykle 5 nebo 7 bodů); pozadí je určeno přizpůsobením polynomu;
buď měříme v pevných pozicích , měříme pouze bod umístěný v horní části vrcholu a jeden nebo více bodů v dolní části.

Výhodou měření ve stálých polohách je úspora času, která umožňuje mít vynikající poměr signálu k šumu po velmi krátkou dobu měření. Nevýhodou této metody je, že je citlivá na odchylky v poloze píku: narušení zařízení, rozměrové změny krystalů (například expanze v případě špatné klimatizace měřicí komory). Navíc, pokud máme ve vzorku neočekávaný prvek (například znečištění), můžeme mít vrchol v místě, kde se měří pozadí.

V roce 1989 , Wil de Jongh (a Philips zaměstnanec , který založil vlastní společnost Omega Data System - ODS) vytvořil novou metodu měření s názvem UniQuant , skládající se z měření 115 bodů ve všech a pro všechny bez ohledu na počet prvků.. Algoritmus je proprietární, ale samozřejmě, když program vypočítá, že položka chybí, použije se bod použitý k měření jako měření na pozadí. Pozadí je tedy určeno diskrétními body, přičemž se bere v úvahu fyzický původ pozadí a absorpční vrcholy.

Kalibrace píku prochází 0 (čistá výška píku musí být nulová, když prvek chybí). V některých případech však existuje zachycení y:

nebo kvůli interferenci: jiný prvek vydává energii blízkou linii a my jsme tento efekt vynechali;
buď kvůli problému s přípravou: část prvku během přípravy zmizí (například těká nebo zůstává „uvíznutá“ v miskách), nebo příprava způsobí znečištění prvku (například během mletí);
nebo v důsledku vnitřní fluorescence zařízení (například měděné čepele kolimátoru způsobují měděný signál).

Když měříme vždy stejný typ vzorku (například v případě monitorování výroby), můžeme odhadnout, že hluk pozadí je vždy konstantní. Můžeme tedy být spokojeni s měřením pouze vrcholu a prací na hrubé výšce vrcholu; kalibrace pak představuje souřadnice na počátku odpovídající tomuto pozadí. Tato metoda se používá v simultánních vícekanálových zařízeních.