При взаимодействии образца с высокоэнергетическим рентгеновским излучением часть излучения проходит через образец, часть рассеивается, и часть поглощается веществом образца. Поглощение рентгеновского излучения веществом приводит к проявлению сразу нескольких эффектов, одним из которых является рентгеновская флуоресценция – испускание веществом вторичного рентгеновского излучения.
При рентгеновской флуоресценции атомы одного химического элемента излучают фотоны со строго определенной энергией, которая фактически не зависит от химического строения вещества.
Рентгеновскую флуоресценцию можно рассмотреть как процесс, происходящий в три стадии:
- рентгеновский фотон с высокой энергией «выбивает» из атома электрон с одной из его внутренних электронных оболочек,
- возникает нестабильное высокоэнергетическое состояние атома с электронной вакансией,
- вакансию занимает электрон с одной из внешних электронных оболочек; избыточная энергия выделяется в виде кванта рентгеновской флуоресценции.
У атома может быть несколько электронных оболочек. Первая оболочка (K) состоит из одного подуровня 1s. Вторая оболочка (L) состоит из двух подуровней 2s и 2p. Третья оболочка (М) состоит из подуровней 3s, 3p и 3d. В спектрах рентгеновской флуоресценции наибольшей интенсивностью обладают излучательные переходы на электронные вакансии в К-оболочке (К-линии спектра); для достаточно «тяжелых» элементов также проявляются переходы на вакансии в L-оболочке (L-линии спектра)
Существует целый набор возможных переходов на электронную вакансию со внешних электронных оболочек; к примеру, на вакансию в К-оболочке могут перейти электроны с различных подуровней L, M и т.д. оболочек, если они имеются у атома элемента. В результате, спектр рентгеновской флуоресценции атомов одного элемента будет состоять из нескольких сигналов.
Ниже на рисунке приведен пример типичного спектр рентгеновской флуоресценции вещества, состоящего из атомов нескольких элементов: железа, кальция, титана, хрома, никеля, магния, кремния и серы.
Рентгеновский спектрометр состоит из источника излучения, камеры с образцом и детектора рентгеновской флуоресценции.
В энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре (ЭДРФ спектрометре) энергия квантов рентгеновской флуоресценции напрямую регистрируется специальным энергодисперсионным полупроводниковым детектором на основе кремния.
Поскольку рентгеновские лучи способны проникать в вещество достаточно глубоко, регистрируемый прибором спектр является результатом рентгеновской флуоресценции некоторого объема вещества. В латеральной плоскости этот объем ограничен размерами облучаемой зоны, сверху поверхностью образца и снизу – определенной глубиной, которая может составлять величину от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, в зависимости от природы вещества и мощности облучающего рентгеновского пучка.
Программное обеспечение современных рентгено-флуоресцентных анализаторов позволяет:
- автоматически анализировать образец (или серию образцов на планшете) в серии выбранных на изображении точек,
- проводить двумерное и трехмерное картирование образца по сигналам в спектре рентгеновской флуоресценции,
- совместно анализировать изображения выбранной области образца в отраженном видимом свете, в просвечивающих рентгеновских лучах и изображений, составленным по результатам картирования области по сигналам в спектре рентгеновской флуоресценции.
Для более подробного ознакомления с методом рекомендуем обратиться сюда:
Н.Г Черноруков , О.В. Нипрук "Теория и практика рентгено-флюоресцентного анализа", Нижний Новгород, НГУ 2012 г., см. здесь: http://www.unn.ru/books/met_files/RFA.pdf
