Variazioni dello strumento
Esistono due metodi comuni per eccitare gli elettroni del nucleo dagli atomi di superficie. Il primo è quello di utilizzare un fascio di elettroni ad alta energia come quello in un microscopio elettronico a scansione (SEM). Il fascio è prodotto da un cannone elettronico, in cui gli elettroni emessi termicamente da un catodo caldo sono guidati lungo la colonna da un campo elettrico e focalizzati da una serie di lenti “caricate negativamente”.,”I raggi X emessi dal campione colpiscono una piastra di giunzione p-i-n di silicio alla deriva dal litio. Questo promuove gli elettroni nella piastra nella banda di conduzione, inducendo una tensione proporzionale all’energia dei raggi X che incidono che generalmente cade tra circa 1 e 10 keV. Il rivelatore viene raffreddato a temperature di azoto liquido per ridurre il rumore elettronico da eccitazioni termiche.
È anche possibile utilizzare i raggi X per eccitare gli elettroni del nucleo fino al punto di ionizzazione., In questa variazione, nota come analisi di fluorescenza a raggi X dispersiva di energia (EDXRFA o XRF), la colonna di elettroni viene sostituita da un tubo a raggi X e i raggi X emessi dal campione in risposta al bombardamento sono chiamati raggi X secondari, ma queste varianti sono altrimenti identiche.
Indipendentemente dal metodo di eccitazione, le interazioni successive tra i raggi X emessi e il campione possono portare a una scarsa risoluzione nello spettro dei raggi X, producendo una curva gaussiana invece di un picco acuto., In effetti, questa diffusione di energia all’interno del campione combinata con la penetrazione dell’elettrone o del fascio di raggi X porta all’analisi di un volume di circa 1 µm3 invece delle sole caratteristiche superficiali. L’allargamento dei picchi può portare a picchi sovrapposti e uno spettro generalmente fuorviante. Nei casi in cui uno spettro EDS normale non è adeguatamente risolto, è possibile utilizzare una tecnica chiamata spettroscopia a raggi X dispersiva di lunghezza d’onda (WDS). Lo strumento richiesto è molto simile a quelli discussi sopra e può utilizzare entrambi i metodi di eccitazione., La differenza principale è che invece di avere i raggi X emessi dal campione ha colpito direttamente il rivelatore, prima incontrano un cristallo analitico di conoscere le dimensioni del reticolo. La legge di Bragg prevede che le riflessioni più forti del cristallo si verifichino per le lunghezze d’onda in modo tale che la differenza di percorso tra i raggi che riflettono da strati consecutivi nel reticolo sia uguale a un numero integrale di lunghezze d’onda., Questo è rappresentato matematicamente come \ ref{1}, dove n è un numero intero, λ è la lunghezza d’onda della luce che interferisce, d è la distanza tra gli strati nel reticolo e θ è l’angolo di incidenza. Le variabili rilevanti per l’equazione sono etichettate in Figura \(\PageIndex{3}\).
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spostando il cristallo e il rilevatore di tutto il cerchio di Rowland, lo spettrometro può essere sintonizzato per esaminare specifiche lunghezze d’onda (\ref{1})., Generalmente, una scansione iniziale su tutte le lunghezze d’onda viene presa per prima, quindi lo strumento viene programmato per esaminare più da vicino le lunghezze d’onda che hanno prodotto picchi forti. La risoluzione disponibile con WDS è di circa un ordine di grandezza migliore rispetto a EDS perché il cristallo analitico aiuta a filtrare il rumore delle successive interazioni non caratteristiche. Per chiarezza, la “spettroscopia a raggi X” verrà utilizzata per riferirsi a tutte le varianti tecniche appena discusse, e i punti fatti su EDS rimarranno validi per XRF se non diversamente specificato.,