تخيل الكشف عن تقنية تكشف عن التركيب العنصري للمواد دون التسبب في أي ضرر. التحليل الطيفي بالأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) يفعل ذلك بالضبط! يستكشف هذا المقال كيفية عمل EDS، وتطبيقاته في مختلف المجالات، وموثوقيته في توفير تحليل دقيق للعناصر. من خلال القراءة، ستفهم قدرة EDS الفريدة على تحليل المناطق المجهرية بسرعة ودقة، مما يجعله أداة أساسية في علم المواد الحديث.
الاسم الكامل ل مطياف الأشعة السينية المشتت للطاقة EDS هو مطياف الأشعة السينية المشتت للطاقةالذي يمكنه تسجيل جميع أطياف الأشعة السينية في الوقت نفسه لقياس العلاقة الوظيفية بين شدة الأشعة السينية وطاقة الأشعة السينية.
إنها طريقة سريعة لتحليل التركيب المساحي الدقيق دون الإضرار بالعينة.
يتم التحليل النوعي للعناصر بقياس طاقة الأشعة السينية المميزة التي تثيرها المادة، ويتم التحليل الكمي بقياس شدة الأشعة السينية المميزة.
بدأ تسويق نظام EDS في أوائل السبعينيات، وهو الآن في الأساس المعدات القياسية في SEM.
التعريف: فوتونات الإشعاع الكهرومغناطيسي ذات الطاقة المميزة الناتجة عن الانتقال من إلكترونات الغلاف الخارجي إلى إلكترونات الغلاف الداخلي بعد تأين إلكترونات الغلاف الداخلي للذرة.
عندما يقصف شعاع الإلكترون المتحرك عالي السرعة سطح العينة، تصطدم الإلكترونات بالنواة الذرية وإلكترونات الطبقة الخارجية للعنصر في تصادم واحد أو أكثر من التصادمات المرنة وغير المرنة.
حوالي 1% من طاقة الإلكترون الساقط تثير إشارات مختلفة من العينة تعكس معلومات العينة: الإلكترونات الثانوية، والأشعة السينية المميزة، والأشعة السينية المستمرة، والإلكترونات المثقبة، والإلكترونات المرتدة، وما إلى ذلك.
الشكل 1: الإشارة الناتجة عن قصف إلكتروني عالي الطاقة على سطح العينة
إن الأشعة السينية المميزة مميزة لأن طاقة الأشعة السينية المنبعثة من العناصر المختلفة مختلفة، تمامًا مثل بصمة الإصبع للشخص نفسه، مع تفردها.
يُطلق على تحليل العناصر باستخدام طاقات الأشعة السينية المميزة المختلفة طريقة تشتت الطاقة.
المخطط التخطيطي الهيكلي على النحو التالي:
الشكل 2: رسم تخطيطي هيكلي لمطياف الطاقة
يتم إشعاع الأشعة السينية المميزة المثارة بواسطة العينة مباشرة على كاشف أشباه الموصلات Si (LI) من خلال النافذة، مما يؤدي إلى تأيين ذرة Si وتوليد عدد كبير من أزواج ثقوب الإلكترونات، يتناسب عددها مع طاقة الأشعة السينية، وهي
ن = هـ / ε ,
حيث، ε- الطاقة (3.8 فولت) المتولدة لتوليد زوج من الفجوات الإلكترونية.
على سبيل المثال: FeKα- تبلغ الطاقة 6.403 كيلو فولت ويمكن توليد 1685 زوجًا من الفجوات الإلكترونية.
من خلال تحفيز كاشف Si (LI) (بشكل عام - 500 ~ - 1000 فولت)، يمكن فصل أزواج الإلكترونات والثقوب وتجميعها، وتحويلها إلى نبضات تيار بواسطة المضخم المسبق، ثم تحويلها إلى نبضات جهد بواسطة المضخم الرئيسي، ثم إرسالها إلى محلل ارتفاع النبض متعدد القنوات.
يتم تحديد ارتفاع النبضة المخرجة بواسطة N، مما يشكل الإحداثي المطلق لطيف EDS: الطاقة.
وفقًا لعدد الأشعة السينية المميزة المسجلة في نطاقات الشدة المختلفة، يمكن تحديد شدة الأشعة السينية للعناصر المختلفة لتكوين الإحداثي الترتيبي لطيف EDS: الشدة.
الشكل 3 مخطط EDS
تتأثر العناصر التي يمكن تحليلها بواسطة مطياف الطاقة بنوع مادة النافذة.
يمكن لنافذة البريليوم التقليدية تحليل العناصر بعد الصوديوم (Na) فقط لأنها تمتص الأشعة السينية للعناصر فائقة الضوء.
يمكن للفيلم العضوي الرقيق للغاية تحليل جميع العناصر بين (Be) - اليورانيوم (U).
يعتقد بعض الناس دائمًا أن EDS هو تحليل شبه كمي، وسيكون انحراف النتيجة كبيرًا.
في الواقع، إن EDS الفعلي هو طريقة التحليل الأكثر ملاءمة وسرعة ودقة وموثوقية لتحليل تكوين المنطقة الدقيقة، كما أن ثبات البيانات وقابليتها للتكرار جيدان.
تأتي دقتها في المرتبة الثانية بعد WDS، والتي يمكن أن تصل إلى 2-10%.
الخطأ الكمي للعنصر الرئيسي مع عدم وجود ذروة متداخلة لمتوسط العدد الذري هو 2-3%، وحد الكشف هو 0.1-0.5%.
وعمومًا، تقل الموثوقية مع انخفاض العدد الذري وانخفاض محتوى العنصر.
عمق القياس في مستوى الميكرون.
كما أن تقدم كاشف الانجراف السيليكوني (SDD) وكاشف الزاوية الصلبة الكبيرة والمعالجة البرمجية المختلفة يقلل أيضًا من خطأ القياس في أجهزة EDs.
ليس لمطياف الطاقة متطلبات خاصة على سطح العينة.
يمكن وضع المادة الصلبة الجافة والمنصة بدون مغناطيسية وإشعاعية وتآكل.
إذا كانت موصلية العينة ضعيفة، يمكن رشها بالذهب أو الكربون.