Instrument variations
Il existe deux méthodes courantes pour exciter les électrons du cœur des atomes de surface. La première consiste à utiliser un faisceau d’électrons de haute énergie comme celui d’un microscope électronique à balayage (SEM). Le faisceau est produit par un canon à électrons, dans lequel les électrons émis thermioniquement à partir d’une cathode chaude sont guidés le long de la colonne par un champ électrique et focalisés par une série de lentilles « chargées négativement ».,” Les rayons X émis par l’échantillon frappent une plaque de jonction p-i-n en silicium dérivé du lithium. Ceci favorise les électrons dans la plaque dans la bande de conduction, induisant une tension proportionnelle à l’énergie du rayon X impactant qui tombe généralement entre environ 1 et 10 keV. Le détecteur est refroidi à des températures d’azote liquide pour réduire le bruit électronique des excitations thermiques.
Il est également possible d’utiliser des rayons X pour exciter les électrons du cœur jusqu’au point d’ionisation., Dans cette variation, connue sous le nom d’analyse de fluorescence X à dispersion d’énergie (EDXRFA ou XRF), la colonne d’électrons est remplacée par un tube à rayons X et les rayons X émis par l’échantillon en réponse au bombardement sont appelés rayons X secondaires, mais ces variantes sont par ailleurs identiques.
Quelle que soit la méthode d’excitation, les interactions ultérieures entre les rayons X émis et l’échantillon peuvent conduire à une mauvaise résolution dans le spectre des rayons X, produisant une courbe de type gaussien au lieu d’un pic net., En effet, cet étalement de l’énergie à l’intérieur de l’échantillon combiné à la pénétration du faisceau d’électrons ou de rayons X conduit à l’analyse d’un volume d’environ 1 µm3 au lieu des seules caractéristiques de surface. L’élargissement des pics peut conduire à des pics qui se chevauchent et à un spectre généralement trompeur. Dans les cas où un spectre EDS normal est mal résolu, une technique appelée spectroscopie de rayons X à dispersion de longueur d’onde (WDS) peut être utilisée. L’instrument requis est très similaire à ceux discutés ci-dessus et peut utiliser l’une ou l’autre méthode d’excitation., La différence majeure est qu’au lieu de voir les rayons X émis par l’échantillon frapper directement le détecteur, ils rencontrent d’abord un cristal analytique de dimensions de réseau connues. La loi de Bragg prédit que les réflexions les plus fortes du cristal se produiront pour les longueurs d’onde de telle sorte que la différence de chemin entre un rayon réfléchissant à partir de couches consécutives dans le réseau est égale à un nombre intégral de longueurs d’onde., Ceci est représenté mathématiquement comme \ref{1}, où n est un entier, λ est la longueur d’onde de la lumière pénétrante, d est la distance entre les couches du réseau et θ est l’angle d’incidence. Les variables pertinentes pour l’équation sont étiquetées dans la figure \(\PageIndex{3}\).
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En déplaçant le cristal et le détecteur autour du cercle de Rowland, le spectromètre peut être réglé pour examiner des longueurs d’onde spécifiques (\ref{1})., Généralement, un balayage initial sur toutes les longueurs d’onde est pris en premier, puis l’instrument est programmé pour examiner de plus près les longueurs d’onde qui ont produit de forts pics. La résolution disponible avec WDS est d’environ un ordre de grandeur meilleure qu’avec EDS car le cristal analytique aide à filtrer le bruit des interactions ultérieures non caractéristiques. Pour plus de clarté, « Spectroscopie des rayons X” sera utilisé pour faire référence à toutes les variantes techniques qui viennent d’être discutées, et les points faits à propos de l’EDS seront valables pour la XRF, sauf indication contraire.,