Особенности рентгеноспектрального микроанализа азотсодержащих соединений

Цель данной работы — развитие методики исследования химического состава природных и синтетических азотсодержащих соединений с помощью рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и его использование для идентификации формы вхождения легких элементов (C, N, O) в комплексные анионы и катионы. Анализ проводили по Kα-линиям, возникающим при электронных переходах из валентных 2p-состояний во внутренние 1s-состояния. Были выявлены характерные особенности Kα-спектров C, N, O, влияющие на получение правильных результатов РСМА, и определены поправки, учитывающие интегральную интенсивность линий, эффект самопоглощения линии азота и поглощения азотом фонового излучения. Методика является универсальной: она предназначена для исследования различных азотсодержащих образцов, в том числе и алмазов, полученных путем детонационного синтеза. Поверхность таких образцов обычно покрыта слоем кислород- и азотсодержащих функциональных групп. Основной задачей, связанной с экспериментом, является нахождение оптимальных условий возбуждения и регистрации Kα-линий. Используемое ускоряющее напряжение составляет 10 кВ, ток пучка — 50 – 120 нА. При анализе в дифференциальном режиме регистрации амплитуды сигнала мы используем универсальную (для любых образцов) эмпирическую формулу для описания формы кривой интенсивности фона в области линии азота. Устойчивость образцов к воздействию электронного пучка повышается режимом растра с линейным размером 20 – 40 мкм и перемещением образца в пределах площадки ~100 Ч 100 мкм² (если позволяют размеры образца). Концентрации определяемых элементов рассчитывали с помощью программы PAP с использованием коэффициентов поглощения B. L. Henke. При токе 80 нА пределы обнаружения углерода, кислорода и азота составили 0,33, 0,46 и 0,86 % масс. Соответственно.

1. Федоренко А. Д. Рентгеноэлектронное и рентгеноспектральное исследование электронного строения стабильных нитроксильных радикалов и комплексов переходных металлов на их основе: дис. ... канд. физ.-мат. наук. — Новосибирск, 2015.

2. Сивков В. Н. Распределение сил осцилляторов в области резонансной структуры ультрамягких рентгеновских спектров поглощения молекул и твердых тел: дис. ... докт. физ.-мат. наук. — Санкт-Петербург, 2003.

3. Batsanov S. S., Guriev D. L., Gavrilkin S. M., et al. On the nature of fibres grown from nanodiamond colloids / Mater. Chem. Phys. 2016. Vol. 173. P. 325 – 332.

4. Tomchuk О., Volkov D., Bulavin L., et al. Structural characteristics of aqueous dispersions of detonation nanodiamond and their aggregate fractions as revealed by small-angle neutron scattering / J. Phys. Chem. C. 2015. Vol. 119. N 1. P. 794 – 802.

5. Кулакова И. И. Химия поверхности наноалмазов / Физика твердого тела. 2004. Т. 46. № 4. С. 621 – 628.

6. Куликова И. М., Набелкин О. А. Определение легких элементов C, N, O в различных минералах и синтетических соединениях методом рентгеноспектрального микроанализа / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 3. С. 5 – 13.

7. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Boron / J. Solid State Chem. 2000. Vol. 154. P. 177 – 187.

8. Куликова И. М., Баринский Р. Л., Руднев В. В. и др. Микрозондовое исследование химического состава разновалентных ионов в образцах людвигита и пинакиолита / Доклады АН. 1999. Т. 367. № 3. С. 394 – 396.

9. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Carbon in binary Carbides. Parts I and II / X-Ray Spectrom. 1986. Vol. 15. N 2. P. 135 – 150.

10. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Ultra Light Elements / J. Microsc. Spectr. Electron. 1986. Vol. 11. P. 215 – 228.

11. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Oxygen. — Eindhoven, Netherlands: University of Technology, 1989. — 165 p.

12. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Nitrogen. — Eindhoven, Netherlands: University of Technology, 1988. — 137 p.

13. Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. — М.: Гос. изд-во технико-теорет. лит., 1957. — 518 с.

14. Количественный электронно-зондовый микроанализ / Под ред. В. Скотта, Г. Лава. — М.: Мир, 1986. — 352 с.

15. Bearden J. A. X-Ray Wavelengths / Rev. Mod. Phys. 1967. Vol. 19. N 1. P. 78 – 138.

16. Мазалов Л. Н., Федоренко А. Д., Овчаренко В. И. и др. Рентгеноэлектронные спектры свободных нитроксильных радикалов и их электронное строение / Журн. структур. химии. 2011. Т. 52. № 7. С. S106 – S112.

17. Миклин М. Б. Электронно-энергетическая структура кристаллических нитратов. Обзор / Вест. Кемеровского гос. ун-та. 2014. Т. 3. № 3(59). С. 234 – 238.

18. Freund H. J., Slaughter A. R., Ballina S. M., et al. Comparison of core-hole excitation spectra of organic donor/acceptor molecules in the vapor and condensed phases: p-Nitroaniline, 2-amino-6-nitronaphthalene, and 1-amino-4-nitronaphthalene / J. Chem. Phys. 1984. Vol. 81. N 6. P. 2535 – 2555.

19. Henke B. L., Lee P., Tanaka T. J., et al. Low-energy X-ray interaction coefficients: photoabsorption, scattering, and reflection / Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1982. Vol. 27. P. 1 – 144.

20. Сивков В. Н., Виноградов А. С. Сила осцилляторов Πg-резонанса формы в K-спектре поглощения молекулы азота / Оптика и спектроскопия, 2002. Т. 93. № 3. С. 431 – 434.

21. Некипелов С. В., Виноградов А. С., Сивков В. Н. Закономерности в распределениях сил осцилляторов атомов второго периода в ультрамягкой рентгеновской области спектра / Изв. Коми науч. центра УрО РАН. 2011. № 2(6). С. 12 – 18.

22. Pouchou J.-L., Pichoir F. Quantitative analysis of homogeneous or stratified micro volumes applying the model «PAP» / K. F. J. Heinrich and Dale E. Newbury, Eds. Electron Probe Quantitation. — N.Y.: Plenum Press, 1991. P. 31 – 59.