Đề tài : phương pháp phân tích phổ EDX doc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH PHỔ






ĐỀ TÀI: Phương pháp phân tích phổ EDS
( Energy-dispersive X-ray spectroscopy)








SVTH: Nguyễn Văn Du
Lớp: Vật Liệu Điện Tử
GV bộ môn: TS. Nguyễn Ngọc Trung




Tr-ờng đại học bách khoa hà nội

Báo cáo kĩ thuật phân tích
phổ


Đề tài: Ph-ơng pháp phân tích phổ EDS
(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)


Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn
Du
Lớp: Vật Liệu Điện
Tử
GV bộ môn: TS. Nguyễn Ngọc
Trung




Hà Nội, Ngày 25

tháng 05 năm 2009

Nội dung báo cáo

1. Khái quát chung về kĩ thuật phân tích

phổ.

2. Nguyên lý của phép phân tích bằng
EDS.

3. Kĩ thuật ghi nhận và độ chính xác của
EDS.

4. Một vài ứng dụng của phép phân tích .

5. Đánh giá ph-ơng pháp & Kết luận.
















I. Tổng quan về phép phân tích
phổ EDX
Kĩ thuật EDX đ-ợc phát triển từ ngững năm 1960 và thiết bị

th-ơng phẩ xuất hiện vào đầu những năm 1970 với việc sử dụng Detector
dịch chuyển Si, Li hoặc Ge.
Có nhiều thiết bị phân tích EDX nh-ng chủ yếu EDX đ-ợc phát triển
trong các kính hiển vi điện tử, ổ đó các phép phân tích đ-ợc thực hiện nhờ
các chùm điện tử có năng l-ợng cao và đ-ợc thu hẹp nhờ hệ các thấu kính
điện tử.

Sỏ đồ cấu tạo máy phân tích SEM ứng dụng của EDX
Phổ tia X phát ra sẽ có tần số(năng l-ợng phôtn tia X) trải trong một
vùng rộng và đ-ợc phân tích nhờ phổ kế tán sắc năng l-ợng do đó ghi
nhận thông tin về các nguyên tố cũng nh- thành phần.
Phổ tán sắc năng l-ợng tia X hay phổ tán sắc năng l-ợng là kĩ thuật
phân tích thành phần hoá học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X
phát ra từ vật rắn do t-ơng tác với các bức xạ ( chủ yếu là chùm điện tử có
năng l-ợng cao trong các kính hiển vi điện tử ).
Trong các tài liệu khoa học, kĩ thuật này th-ờng đ-ợc viết tắt là
EDX hay EDS xuất phát từ tên gọi tiếng anh Energy-dispersive X-ray
spectroscopy

II. Nguyên lý của EDS

Khi chùm điện tử có mức năng l-ợng cao đ-ợc chiếu vào vật rắn, nó
sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và t-ơng tác với các lớp điện tử
bên trong của nguyên tử
T-ơng tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có b-ớc sang đặc tr-ng tỉ
lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử tuân theo định luật Mosley:

Tần số của tia X phát ra là đặc tr-ng với nguyên tử của mỗi chất có
mặt trong chất rắn.
Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho ta các thông tin
vow các nguyên tố hoá học có mặt trong mẫu. Đồng thời chow các thông
tin vow tỉ phần các nguyên tố này.




Hình ảnh phổ tán sắc năng l-ợng tia X của mẫu màng mỏng ghi
nhận trên kính hiển vi điện tử truyền qua.
Điều đó có nghĩa là tần số tia X phát ra là đặc tr-ng với nguyên tử
của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật
rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hoá học có mặt trong mẫu đồng thời
cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.

III.Kĩ thuật ghi nhận và độ
chính xác của EDS

I.1 Kĩ thuật ghi nhận
Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) sẽ có năng
lượng biến thiên trong dải rộng, sẽ được đưa đến hệ tán sắc và ghi nhận
(năng lượng) nhờ detector dịch chuyển (thường là Si, Ge, Li ) được làm
lạnh bằng nitơ lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do tương
tác với tia X, rồi được lái vào một anốt nhỏ.

Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu. Độ

phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độ
nhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector).
I.2 §é chÝnh x¸c cña EDX
Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường
ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên).
Tuy nhiên, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ
B, C ) và thường xuất hiện hiệu ứng trồng chập các đỉnh tia X của các
nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát ra nhiều đỉnh đặc trưng
K
α
, K
β
, và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể chồng chập lên
nhau gây khó khăn cho phân tích).
IV.Một vài ứng dụng của phép
phân tích
1. Nghiờn cu n mũn v lũ quay xi mng

Ăn mòn vỏ lò quay Ximăng đ-ợc chia làm hai loại: ăn
mòn trong quá trình dừng lò do ng-ng tụ hoặc hấp thụ
n-ớc và ăn mòn ( nhiệt độ cao) trong quá trình lò làm
việc.
2. Hình thái và thành phần của gỉ sắt.
Các sản phẩm ăn mòn đều giòn, xốp và gần giống
cốc. Gỉ ở chỗ tiếp xúc với gạch chịu lủa có màu nâu nhạt
còn ở chỗ tiếp xúc với vỏ thép có màu nâu bóng hoặc đen
óng.


Gỉ điển hình. Phía gạch chịu lửa: đen, nâu. Phía vỏ lò - sáng

bóng và đen
Phân tích tiết diện ngang của gỉ bằng phương pháp SEMIEDX
cho thấy gỉ có cấu trúc xốp và đa lớp - gồm nhiều lớp kế tiếp nhau
với thành phần chính là oxyt sắt và sunphua sắt.
Từ đó có thể phân biệt được ba loại gỉ:
- Gỉ không chứa clo và kiềm
- Gỉ chứa clo không chứa kiềm
- Gỉ chứa cả clo và kiềm


Biểu đồ EDX mặt cắt của gỉ, Mỗi biểu đồ lần lượt tương ứng với O, S, Cl, và K. Ký hiệu
Ka dưới mỗi ảnh là chỉ tín hiệu phân tích được là tín kiệu Ka
Phân tích EDX được thực hiện trên 4 mẫu được lấy xung
quanh một vị trí: một mẫu bột gỉ nghiền mịn, một mẫu gỉ phía
gạch, một mẫu gỉ phía vỏ thép, và một mẫu ở đáy của gạch chịu
lửa . Kết quả được trình bày trên bảng 1. Có thể thấy rằng hàm
lượng lưu huỳnh (S), clo (Cl) và kali (K) ở hai mặt gỉ rất giống
nhau: S = 3,5%, Cl = 6% và K = 0,5%. Bột ăn mòn có hàm lượng
S cao hơn (cỡ 15%) còn Cl thấp hơn (chỉ khoảng 2,5%). Đáy của
gạch có thành phần gần giống sản phẩm ăn mòn. Phổ X-ray của
bốn sản phẩm đều có oxyt sắt và sunphua sắt với hàm lượng
khác nhau
Bảng 1. Phân tích vi lượng 4 mẫu lấy xung quanh một vị trí (% khối lượng)
Gỉ sắt
Sắt
Lưu huỳnh
Clo
Kali
Bột gỉ
74

15
2,5
0,5
Gỉ phía gạch, màu tối
85
3,5
6,0
0,5
Gỉ phía vỏ thép, màu sáng
85
3,3
6,5
0,5
Mẫu ở đáy viên gạch chịu lửa
56
13
5,5
1,0





. Bảng 2 là kết quả phân tích ba mẫu: bột ăn mòn, gỉ phía vỏ lò và
gỉ phía gạch. Một lần nữa, bột ăn mòn lại chứa nhiều lưu huỳnh
hơn hai loại gỉ ăn mòn tương ứng. Tuy nhiên gỉ lại chứa rất nhiều
kali mặc dù vẫn chứa một lượng clo dư.

Bảng 2. Phân tích vi lượng 3 mẫu lấy xung quanh một vị trí (% khối lượng)
Gỉ sắt

Sắt
Lưu huỳnh
Clo
Kali
Bột gỉ
64
14
12
6,5
Gỉ phía gạch, màu tối
64
1,5
19
7,0
Gỉ phía vỏ thép, màu sáng
81
2,0
11
3,0

. Phân tích định lượng EDX vi cấu trúc của gỉ
Trên: phân tích định lượng
Dưới: SEM của gỉ
Ở biểu đồ trên có các nguyên tố O, S và K
Hình ảnh phân tích SEM-EDX trên tiết diện ngang của gỉ
chứa kiềm. Lần này cực đại của S không phải lúc nào cũng trùng
với cực tiểu của O. Trái lại, ở những vùng được đánh dấu (a)
cùng cho các tín hiệu của O, S và K, trong khi đó các lớp thấp oxy,
cao lưu huỳnh và phi kiềm chỉ thấy ở những vùng đánh dấu (b).
Những ảnh khác của các nguyên tố này cũng có cùng đặc trưng.

Tại những vùng mà các hợp chất của O, S và K chiếm ưu thế thì
hình ảnh rất rõ nét. Tín hiệu của Cl thường không đi kèm tín hiệu
của K và S.


V.Đánh giá ph-ơng pháp & Kết
luận
-u Điểm:
Ph tia X phỏt ra s cú tn s (nng lng photon tia X)
tri trong mt vựng rng v c phõn tich nh ph k tỏn sc
nng lng do ú ghi nhn thụng tin v cỏc nguyờn t cng nh
thnh phn.
. phõn gii ca phộp phõn tớch ph thuc vo kớch c
chựm in t v nhy ca detector (vựng hot ng tớch cc
ca detector).
Nh-ợc Điểm:
chớnh xỏc ca EDX cp mt vi phn trm (thụng
thng ghi nhn c s cú mt ca cỏc nguyờn t cú t phn c
3-5% tr lờn)
EDX t ra khụng hiu qu vi cỏc nguyờn t nh (vớ d B,
C ) v thng xut hin hiu ng trng chp cỏc nh tia X ca
cỏc nguyờn t khỏc nhau (mt nguyờn t thng phỏt ra nhiu
nh c trng K

, K

, v cỏc nh ca cỏc nguyờn t khỏc
nhau cú th chng chp lờn nhau gõy khú khn cho phõn tớch).
Kh nng loi nhiu kém hn WDS.

The end!
Cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành bài báo cáo và môn
học!