Определение легких элементов C, N, O в различных минералах и синтетических соединениях методом рентгеноспектрального микроанализа
https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-3-5-13
Аннотация
Цель исследования — разработка методики рентгеноспектрального определения легких элементов C, N и O, совместно входящих в состав различных минералов и синтетических соединений, в том числе, ультрадисперсных алмазов, углеродных нитевидных волокон и др. Основную проблему представляло нахождение оптимальных условий возбуждения и регистрации Kα-линий C, N, O. Использовали ускоряющее напряжение 10 кВ, достаточно высокое для того, чтобы уменьшить вклад от поверхности образцов в интенсивность линий, и в то же время позволяющее не завышать поправки на поглощение линий; ток пучка — 90 - 120 нА. Линии азота и кислорода особенно сильно поглощаются углеродом. Интенсивность фона измеряли рядом с линией. В области Kα-линий C и O фон меняется линейно, но для кислорода — с большим наклоном. Форму непрерывного рентгеновского спектра от образца при 10 кВ в области линии азота можно аппроксимировать полиномиальной зависимостью. В анализе используется дифференциальный режим дискриминации амплитуды сигнала. Показано, что на положение и форму линии углерода влияет вид химической связи: от ковалентной (алмаз, графит) до более ионной связи с кислородом (карбонаты). Широкие в алмазе и графите Kα-линии в карбонатах смещаются в коротковолновую область и существенно сужаются, появляется дополнительный максимум, обусловленный примешиванием волновой функции 2р-электронов углерода к волновым функциям 2в-электронов кислорода. Избежать ошибок, связанных с влиянием типа химической связи на форму спектров, позволяет анализ по интегральным интенсивностям. В некоторых случаях устойчивость образцов к воздействию электронного пучка повышается режимом растра размером 5-8 мкм или перемещением образца в пределах площадки —100 X 100 мкм2. Расчет концентраций проводили в программе PAP с использованием коэффициентов поглощения B. L. Henke. Отдельные ошибки в поправочных факторах на поглощение линий обычно исправляют подбором коэффициентов поглощения. Предел обнаружения углерода составляет 0,10 % масс., а кислорода в карбонатах — 0,39 - 0,90 % масс., в образцах, выращенных из наноалмазных коллоидов, — 0,75 % масс.
Ключевые слова
Об авторах
И. М. КуликоваРоссия
Инна Михайловна Куликова
Москва
О. А. Набелкин
Россия
Олег Анатольевич Набелкин
Москва
Список литературы
1. 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.
2. 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.
3. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Oxygen. — Eindhoven, Netherlands: University of Technology, 1989. — 165 p.
4. Bastin G. F., Heijligers H. J. M. Quantitative Electron Probe Microanalysis of Boron / J. Solid State Chem. 2000. Vol. 154. P 177-187.
5. Rigby M., Droop G., Plant D., Graser P. Electron probe micro-analysis of oxygen in cordierite: potential implications for the analysis of volatiles in minerals /South African J. Geol. 2008. Vol. 111. P 239 - 250.
6. Носенко В. А., Носенко С. В., Авилов А. В., Бахмат В. И. Рентгеноспектральный микроанализ поверхности карбида кремния после микроцарапания титана / Вест/ ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2015. Т. 15. № 1. С. 69 - 77.
7. 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.
8. Куликова И. M., Георгиевская O. М., Баринскии Р. Л. Особенности микрозондового анализа бора в различных соединениях и минералах: в сб. «Физико-химические методы анализа минерального сырья». — М.: ИМГРЭ, 1989. С. 37 - 43.
9. Куликова И. М., Баринскии 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.
10. Куликова И. М., Баринскии Р. Л. Микрозондовое определение концентраций фтора в минералах / Заводская лаборатория. 1988. Т. 54. № 12. С. 38 - 41.
11. 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.
12. Фомичев В. А. Рентгеновские спектры бора и его соединений / ФТТ. 1967. Т. 9. № 11. С. 3167 - 3171.
13. Фомичев В. А. Исследование энергетической структуры B и BN методом ультрадлинноволновой рентгеновской спектроскопии / Изв. АН СССР. 1967. Т. 37. № 6. С. 957 - 964.
14. Pouchou J. L., Pichoir F. A new model for quantitative X-ray microanalysis / Rech. Aerosp. 1984. Vol. 3. P. 13 - 38.
15. Pouchou J. L., Pichoir F. Quantitative analysis of homogeneous or stratified micro volumes applying the model “PAP” / “Electron Probe Quantitation”. Ed. by K. F. J. Heinrich and Dale E. Newbury. — New York: Plenum Press, 1991. P 31 - 75.
16. Pouchou J. L., Pichoir F. Proc. of 11th Inter. Congr. on X-Ray Optics and Microanalysis. — Canada: University of Western Ontario, 1987. P. 249.
Рецензия
Для цитирования:
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;85(3):5-13. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-3-5-13
For citation:
Kulikova I.M., Nabelkin O.A. Determination of light elements C, N, O in various minerals and synthetic compounds using X-ray microanalysis. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2019;85(3):5-13. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-3-5-13