Hullámhossz-diszperz elemzés

Az elektromágneses sugárzás spektrális elemzése gyakran magában foglalja a hullámhossztól függő szög diszperziót ; ez a hullámhosszú diszperz elemzés . A látható fény érdekében kétféle módon lehet ezt megtenni: prizmával vagy optikai diffrakciós rács segítségével . A röntgensugaraknál ezt egyetlen kristályon végzett diffrakcióval végezzük. Ezután a módszer az ultraibolya- spektroszkópia X hullámhossz-diszperziót ( hullámhossz-diszperzív röntgen-spektroszkópia, WDXS vagy WDS, angol nyelven), és az ultraibolya- fluoreszcencia-spektroszkópia X hullámhossz-diszperzióját ( hullámhossz-diszperzív röntgen-fluoreszcencia-spektroszkópia, WDXRF, angolul) alkalmazza a röntgenfluoreszcencia spektrometriával .

Látható fénytok

Szórás egy prizma által

A fény sebessége a üveg , beleértve a törésmutatója , függ a hullámhossza . Következésképpen a fénytörés által történő elhajlás szöge a hullámhossztól függően is változik . Így meghatározhatjuk a fényspektrumot . $nem$ $\ lambda$

Hálózat szétszórása

A hálózat olyan síkok összessége, amelyek visszatükrözik vagy engedik az elektromágneses sugárzást . A visszavert sugárzás hullámok formájában zavarja egymást. Konstruktív interferencia esetén, amikor a hullámok átfedik egymást, a sugár befogódik. Ha az interferencia romboló, akkor a hullámok inverz amplitúdóval rendelkeznek, ezért kioltják egymást. A hullámok hozzáadásának feltétele a mintákra jellemző síkok közötti távolságtól függ. Egy adott hullámhossz konstruktív interferenciát eredményez több irányban; ezeket az irányokat "diffrakciós sorrendnek" nevezzük.

Lásd az optikai diffrakciós rács részletes cikkét .

Littrow típusú spektrométerek, a Czerny-Turner szerelvény.

Sík vagy ívelt hálózat (lásd: Fókuszálás ).

Kombinált módszerek

A rács hátránya, hogy hullámhosszonként több diffrakciós rend van; Az egyik hullámhossz 2. vagy 3. sorrendje ráhelyezhető egy másik hullámhossz 1. sorrendjére. A probléma elkerülése érdekében a rács után egy prizmát tehetünk, a rács eltérésére merőleges eltéréssel (vagyis a rács vonalaival párhuzamos eltéréssel). Így különválaszthatjuk a különböző megrendeléseket.

Röntgen eset

Elv

Egyetlen ismert és stabil méretű kristályt veszünk. A röntgensugarak diffrakcionálódnak ezen a kristályon, az elv megegyezik a látható spektrum hálózat által történő elválasztásával (például egy kompaktlemezzel). Ezután a jel intenzitását összegyűjtjük a nyaláb 2θ eltérésének függvényében. Az energia az elhajló fotonok eltérítőtekercspárhoz adják Bragg-törvény : ${\ displaystyle h \ cdot v}$ $2 \ theta$

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

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

ahol a sugárzás hullámhossza, az inter-retikuláris távolságot a diffrakciós kristály sík, és egy egész úgynevezett „elhajlási rend”, valamint a Planck-törvény :

\ lambda

d

nem

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

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

ahol a Planck-állandó , a frekvencia és a fény sebessége. Ezt az elvet fedezte fel 1912 by Max von Laue , és fejlesztette ki a WH és WL Bragg a 1915 . Az elv megegyezik a röntgendiffrakciós kristályanalízis módszerével , azzal a különbséggel, hogy ebben az esetben ismert a sugarak spektruma és egy ismeretlen kristály, míg a spektrális elemzés során ismeretlen a spektrumunk. .

h

f

vs.

x

Analizátor kristályok

A leggyakoribb elemző kristályok lítium-fluoridból (LiF) készülnek , diffrakciós síkokra (200) vagy 220 síkokra (LiF 200 vagy LiF 220) vágva, germániumból , valamint kompozit kristályokból (többrétegűek).

Detektorok

Kétféle érzékelő létezik. Alacsony energiák esetén (hosszú hullámhossz) arányos számlálót használnak . Ez egy méteres tartalmazó gázt (egy argon - metán elegy ). A vezeték és az érzékelő fala között nagyfeszültség jön létre; amikor egy foton belép a gázba, ionizációkat okoz, a létrehozott töltések a nagyfeszültség hatására vándorolnak, ami áramcsúcsokat hoz létre. A létrehozott impulzusok arányosak a fotonok energiájával (innen származik a detektor neve), de a pontosság nem elegendő az energiák szétválasztásához; ugyanakkor lehetővé teszi a zaj egy részének szűrését bizonyos impulzusmagasságok diszkriminátorral történő kiválasztásával. Hasonló egy Geiger-Müller számlálóhoz, de alacsonyabb magas feszültség mellett működik. Minden jelenlegi csúcsot "ütésnek" nevezünk.

A másik típusú detektor az úgynevezett „szcintillációs” (vagy „szcintillátor”) detektor. A foton olyan képernyőt ér el, amely a Compton-effektussal fényfotonot (fényvillanást) bocsát ki , a képernyő általában tallium NaI-val (Tl) adalékolt nátrium-jodidból készül . A fény intenzitását egy hagyományos fotomultiplikátor (PM)

cső érzékeli . Minden fényvillanást "találatnak" nevezünk.

A röntgensugár intenzitását "lövésekben" fejezik ki, a számlálási sebességet "lövések másodpercenként" (cps) is gyakran használják. Önkényes egység. A találatok száma arányos a detektoron áthaladó fotonok számával.

Szekvenciális vagy egyidejű spektrométer

Kétféle spektrométer létezik:

szekvenciális spektrométerek: az analizátor kristálya és a detektor mobil; helyzetük megváltoztatásával meghatározzuk a diffrakciós szöget ( goniométert ), és így választjuk meg a megfigyelt hullámhosszat;
egyidejű spektrométerek vagy többcsatornás spektrométerek: a minta körül több kristálydetektor pár található, a pozíciók - tehát a szögek - rögzülnek; így egyszerre több hullámhosszt mérnek, de csak korlátozott szám mérhető, és mindig ugyanaz.

A szekvenciális spektrométerek általában invertált optikával rendelkeznek: a minta súlya biztosítja az elemzett arc elhelyezkedését a mintatartó maszkjához képest, így az elemzett arc mindig a referencia szinten van. Ha azonban a minta elszakad, a csepp károsíthatja a csövet vagy az elemző modult.

A termelés monitorozásában általában egyidejű spektrométereket használnak: mindig ugyanazokat az elemeket keressük, és a mérési arány magas. Valójában a minták előkészítésének nagyon megismételhetőnek kell lennie, és ezért úgy tekinthető, hogy a minták vastagsága szabályozott. Ennek eredményeként lehetőség van egy „közvetlen” optika elfogadására (a cső a minta felett van), amely korlátozza a minta repedése esetén bekövetkező következményeket.

Az intenzitás meghatározása

Mivel egy vonal fotonjai egyforma hullámhosszúak, a vonalnak "pálcaként" kell megjelennie a spektrumon. Az eszközök tökéletlensége miatt azonban csengő alakú csúcs formájában jelennek meg (teljes Gauss- profil ). A vonal egyes fotonjait ezért az elmélettől kissé eltérő 2θ eltéréseknél detektálják (Bragg-törvény); hogy az összes fotont figyelembe vegyük, figyelembe kell vennünk a csúcs nettó területét (az alja fölötti terület egy részét). Ezenkívül bizonyos detektált fotonok más jelenségekből származnak (főleg a cső sugárzásának Rayleigh-szórása és Compton-szórása , és valószínűleg a fotoelektronok Bremsstrahlung -ja ), amelyek a háttérzajt képezik .

Energiadiszperzív elemzés esetén a csúcs alakját teljes egészében az optika határozza meg (különösen a kollimátorok és az analizátor kristálya), ezért az adott mérési körülmények között azonos. Így a nettó magasság arányos a területtel, így az intenzitás meghatározásához felhasználható a nettó magasság. Ez kétféle módon történhet:

vagy a csúcsot pásztázással (pásztázás mérésével) mérjük, a csúcs tetejét egy parabola ( illesztés ) beállításával határozzuk meg a néhány legmagasabb pont körül (általában 5 vagy 7 pont); a hátteret egy polinom illesztésével határozzuk meg;
vagy fix helyzetben mérünk: csak a csúcs tetején elhelyezkedő pontot mérjük, és egy vagy több pontot az alsó részhez.

A rögzített helyzetben végzett mérések előnye az időmegtakarítás, amely lehetővé teszi a kiváló jel / zaj arány elérését nagyon rövid mérési idő alatt. Ennek a módszernek az a hátránya, hogy érzékeny a csúcs helyzetében mutatkozó eltérésekre: az eszköz zavara, a kristályok méretváltozása (például tágulás a mérőkamra rossz klímaberendezése esetén). Sőt, ha van egy váratlan elemünk a mintában (például szennyezés), akkor csúcsot érhetünk el egy olyan helyen, ahol a hátteret mérjük.

A 1989 , Wil de Jongh (a Philips munkatársa , aki megalapította saját cégét, az Omega Data System - ODS) létrehozott egy új mérési módszer az úgynevezett UniQuant álló mérési 115 pont minden, és minden tekintet az elemek számát.. Az algoritmus saját, de nyilvánvaló, hogy amikor a program kiszámítja, hogy egy elem hiányzik, akkor a méréshez használt pontot háttérmérésnek vesszük. A hátteret tehát diszkrét pontok határozzák meg, figyelembe véve a háttér fizikai eredetét és az abszorpciós csúcsokat.

A csúcskalibrálás 0-n megy keresztül (a nettó csúcsmagasságnak nullának kell lennie, ha az elem hiányzik). Bizonyos esetekben azonban van y-metszéspont:

vagy interferencia következtében: egy másik elem az energiához közeli vonalat bocsát ki, és ezt a hatást kijavítottuk;
vagy egy előkészítési probléma miatt: az elem egy része eltűnik az elkészítés során (például elpárolog vagy az edényekben "beragad"), vagy pedig a készítmény elemszennyezést okoz (például őrlés közben);
vagy a készülék belső fluoreszcenciája miatt (például a kollimátor rézpengéi rézjelet okoznak).

Amikor mindig ugyanazt a mintatípust mérjük (például termelésfigyelés esetén), megbecsülhetjük, hogy a háttérzaj mindig állandó. Ezért elégedettek lehetünk azzal, ha csak a csúcsot mérjük, és bruttó csúcsmagassággal dolgozunk; a kalibrálás ekkor az ennek a háttérnek megfelelő origóban egy ordinátát mutat be. Ezt a módszert használják az egyidejű többcsatornás eszközökben.