Spectromètre d'émission de rayons X

Spectromètre d'émission de rayons XEst un instrument scientifique clé pour l'analyse de la composition élémentaire et de l'état chimique de la matière, dont le principe central est de permettre une analyse qualitative et quantitative des éléments en détectant les rayons X caractéristiques émis par la matière après qu'elle ait été excitée.

I. principe de fonctionnement

Lorsque des particules de haute énergie, telles que des faisceaux d'électrons, des rayons X ou des rayons gamma, bombardent la matière, les électrons de la couche interne de l'atome sont éliminés, formant des trous. Lorsque les transitions électroniques externes remplissent les trous, elles libèrent des photons de rayons X d'énergie spécifique dont l'énergie n'est liée qu'au numéro atomique de l'élément. La mesure de l'énergie et de l'intensité de ces rayons X caractéristiques permet de déterminer l'espèce et la teneur des éléments dans l'échantillon.

II. Composition des instruments

Source d'excitation

Canon à électrons: émet un faisceau d'électrons de haute énergie qui bombarde la surface de l'échantillon (comme un canon à électrons dans un miroir électrique à balayage).

Tube à rayons X: produit des rayons X primaires qui excitent l'échantillon (comme une source d'excitation dans un spectromètre à fluorescence X).

Source de rayonnement synchrotron: fournit des rayons X haute luminosité et haute résolution, adaptés à la recherche scientifique de pointe.

Système de détection

Détecteurs semi - conducteurs: tels que les détecteurs si (LI), les détecteurs si - Pin, convertissent l'énergie des rayons X en signaux électriques, permettant une analyse spectrale haute résolution.

Détecteur à scintillateur: les rayons X sont convertis en lumière visible par une substance fluorescente, puis le signal est amplifié par un photomultiplicateur.

Type de dispersion d'énergie (eds): mesure simultanée des rayons X dans toutes les gammes d'énergie pour obtenir rapidement des informations Multi - éléments.

Type dispersif en longueur d'onde (WDS): sélection de longueurs d'onde spécifiques par spectroscopie cristalline, plus précise mais plus lente.

Système de traitement des données

Analyseur multipiste (MCA): classe les signaux électriques par énergie, générant un spectrogramme.

Algorithmes logiciels: identification des pics, déductions de fond, calculs quantitatifs (par exemple, correction ZAF, en tenant compte du numéro atomique, de l'absorption et des effets de fluorescence) sur le spectre d'énergie.

Iii. Caractéristiques techniques

Haute sensibilité et résolution

Les détecteurs à semi - conducteurs modernes tels que le si - Pin permettent une détection à faible consommation d'énergie et à résolution élevée.

Analyse simultanée Multi - éléments

Le spectromètre peut détecter tous les éléments du bore (b) à l'uranium (u) en une seule fois et convient à l'analyse d'échantillons complexes.

Analyse non destructive

Aucun traitement chimique de l'échantillon n'est nécessaire, il convient à des scénarios tels que l'identification des artefacts, la surveillance de l'environnement, etc.

Capacité d'analyse de microzones

En combinaison avec la microscopie électronique, l'imagerie de la distribution des éléments (par exemple, balayage linéaire, balayage de surface) dans des régions de l'ordre du micron peut être réalisée.

Iv. Domaines d'application

Science des matériaux

Analyser la composition et la distribution des éléments des métaux, des céramiques et des matériaux macromoléculaires, diriger la recherche et le développement de nouveaux matériaux.

Géologie et exploration minière

Détermination rapide de la teneur en éléments métalliques du minerai, évaluation et extraction auxiliaires des ressources.

Surveillance environnementale

Détection des particules atmosphériques, contamination des sols par des métaux lourds (p. ex., plomb, mercure, arsenic).

Essais non destructifs industriels

Pour le soudage des métaux, le contrôle de la qualité des composants électroniques, la détection des défauts internes ou des écarts de composition.

Astronomie et exploration spatiale

Sonder la distribution des éléments à la surface de la planète et étudier l'évolution planétaire.

Biomédical

Analyse des oligo - éléments (p. ex. calcium, fer, zinc) dans les échantillons biologiques, aide au diagnostic de la maladie.