El microanálisis espectral de rayos X (microanálisis de rayos X, análisis de sonda de electrones de rayos X, microanálisis de sonda de electrones) es una técnica que permite utilizar un microscopio electrónico o un microanalizador de sonda de electrones especial ("microsonda") para obtener información sobre la composición química de una muestra en un área elegida arbitrariamente de dimensiones microscópicas.
La esencia de la técnica radica en el hecho de que la muestra en estudio se coloca en una cámara de vacío de un microscopio electrónico de barrido o de transmisión y se irradia con un haz dirigido enfocado de electrones de alta energía . El haz de electrones (sonda de electrones) interactúa con el área superficial de la muestra, generalmente de menos de unas pocas micras de profundidad. El volumen de la zona de interacción depende tanto del voltaje de aceleración como de la densidad del material de la muestra, y para un objetivo masivo oscila entre unas pocas décimas y diez micras cúbicas. La generación de rayos X es el resultado de una interacción inelástica entre los electrones y la muestra. La radiación de rayos X aparece como resultado de dos procesos principales: la emisión de radiación característica y la emisión de radiación de fondo o bremsstrahlung (en alemán -bremsstrahlung).
Cuando un electrón de alta energía interactúa con un átomo , puede eliminar uno de los electrones en la capa interna de electrones . Como resultado, el átomo entrará en un estado ionizado o excitado, con una vacante en la capa. La transición al estado normal ocurre cuando uno de los electrones de la capa externa llena esta vacante, lo que va acompañado de un cambio en su energía, y la magnitud del cambio está determinada por la estructura electrónica del átomo única para cada elemento químico. . Este llamado. La energía "característica" se puede liberar de un átomo de dos maneras. Uno de ellos es la emisión de un fotón de rayos X con una energía característica específica para cada transición y, en consecuencia, para un determinado elemento. La segunda forma es la liberación de los llamados. Electrones de barrena.
La emisión de fotones de radiación de fondo de rayos X - bremsstrahlung - se manifiesta cuando un electrón del haz incidente experimenta una desaceleración en el campo eléctrico del átomo. Los electrones que interactúan con los átomos objetivo individuales pierden diferentes cantidades de energía. La energía de tales fotones tiene una distribución continua desde cero hasta el voltaje de aceleración de la sonda de electrones, es decir, el espectro emitido en este caso es continuo. La energía máxima de los fotones de bremsstrahlung corresponde a la energía de los electrones del haz que han perdido completamente su energía como resultado de la interacción con el campo atómico. El valor de esta energía se denomina "límite de Duan-Hunt". Si la muestra no tiene carga superficial, el límite de Duane-Hunt es igual a la energía del haz incidente.
Los fotones de rayos X tienen propiedades tanto de partículas como de ondas, y sus propiedades se pueden caracterizar en términos de energías u ondas. Para el análisis espectral de rayos X, puede utilizar un espectrómetro de dispersión de energía (EDS), que clasifica los fotones por su energía, o un espectrómetro de dispersión de ondas (WDS), que utiliza el principio de separación de rayos X por longitud de onda.
Casi cualquier microscopio electrónico moderno puede equiparse con un espectrómetro de rayos X como accesorio adicional. La mayoría de las veces, los microscopios electrónicos de barrido (SEM) y de transmisión (TEM) están equipados con espectrómetros de dispersión de energía, pero algunos SEM permiten la instalación de dos tipos de espectrómetros simultáneamente: EMF y VDS.
Además, se producen comercialmente microscopios electrónicos de barrido especialmente diseñados para microanálisis espectrales de rayos X (microanalizadores de sonda electrónica). La columna electroóptica de tales dispositivos permite obtener un haz de electrones estable en el tiempo con una energía de hasta 50 keV con corrientes de sonda de hasta varios microamperios. Por lo general, están equipados con varios VDS, hasta 5-6, así como un EMF.
Microanálisis espectral de rayos X cuantitativos
El microanálisis cuantitativo de rayos X es un método relativo basado en la comparación de la intensidad medida de las líneas de rayos X generadas en una muestra con las intensidades de las líneas correspondientes en una muestra estándar apropiada de composición conocida, con corrientes de sonda conocidas y otros parámetros analíticos idénticos. condiciones (misma tensión de aceleración, misma geometría de montaje de muestra y patrón, mismo estado de la superficie, etc.). El contenido del elemento se calcula a partir de la relación de las intensidades en la muestra y el estándar, determinándose en este último una concentración conocida del elemento. Para tener en cuenta las diferencias en las composiciones de la muestra y el estándar, se introduce una corrección por efectos de matriz.
Los métodos de análisis espectral de rayos X pueden determinar la concentración de casi cualquier elemento, desde berilio o boro hasta californio, en el rango de concentración hasta centésimas (VDS) y décimas (EMF) del porcentaje atómico.
El advenimiento de este método fue precedido por el desarrollo de un método estrechamente relacionado de análisis de fluorescencia de rayos X.