pho_eds_3248

8/17/2019 pho_eds_3248

1/14

TR ƯỜ NG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIBÁO CÁO K Ỹ THUẬT PHÂN TÍCH PHỔ

ĐỀ TÀI: Phươ ng pháp phân tích phổ EDS( Energy-dispersive X-ray spectroscopy)

SVTH: Nguyễn Văn DuLớ p: Vật Liệu Điện Tử

GV bộ môn: TS. Nguyễn Ngọc Trung

8/17/2019 pho_eds_3248

2/14

Tr- êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi

B¸o c¸o kÜ thuËt ph©n tÝchphæ

§Ò tµi: Ph ¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn V¨nDuLíp: VËt LiÖu §iÖn

Tö

GV bé m«n: TS. NguyÔn NgäcTrung

8/17/2019 pho_eds_3248

3/14

Hµ Néi, Ngµy 25 th¸ng 05 n¨m 2009

Néi dung b¸o c¸o

1. Kh¸i qu¸t chung vÒ kÜ thuËt ph©n tÝchphæ.

2. Nguyªn lý cña phÐp ph©n tÝch b»ngEDS.

3. KÜ thuËt ghi nhËn vµ ®é chÝnh x¸c cñaEDS.

4. Mét vµi øng dông cña phÐp ph©n tÝch .

5. §¸nh gi¸ ph ¬ng ph¸p & KÕt luËn.

8/17/2019 pho_eds_3248

4/14

I. Tæng quan vÒ phÐp ph©n tÝchphæ EDX

KÜ thuËt EDX ® îc ph¸t triÓn tõ ng÷ng n¨m 1960 vµ thiÕt bÞth ¬ng phÈ xuÊt hiÖn vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1970 víi viÖc sö dông DetectordÞch chuyÓn Si, Li hoÆc Ge.

Cã nhiÒu thiÕt bÞ ph©n tÝch EDX nh ng chñ yÕu EDX ®îc ph¸t triÓntrong çc kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö, æ ®ã çc phÐp ph©n tÝch ® îc thùc hiÖn nhêçc chïm ®iÖn tö cã n¨ng l îng cao vµ ® îc thu hÑp nhê hÖ çc thÊu kÝnh®iÖn tö.

8/17/2019 pho_eds_3248

5/14

Sá ®å cÊu t¹o m¸y ph©n tÝch SEM øng dông cña EDX

Phæ tia X ph¸t ra sÏ cã tÇn sè(n¨ng l îng ph«tn tia X) tr¶i trong mét

vïng réng vµ ® îc ph©n tÝch nhê phæ kÕ t¸n s¾c n¨ng lîng do ®ã ghinhËn th«ng tin vÒ çc nguyªn tè còng nh thµnh phÇn.Phæ t¸n s¾c n¨ng l îng tia X hay phæ t¸n s¾c n¨ng l îng lµ kÜ thuËt

ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña vËt r¾n dùa vµo viÖc ghi l¹i phæ tia Xph¸t ra tõ vËt r¾n do t ¬ng t¸c víi çc bøc x¹ ( chñ yÕu lµ chïm ®iÖn tö cãn¨ng l îng cao trong çc kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö ).

Trong çc tµi liÖu khoa häc, kÜ thuËt nµy th êng ® îc viÕt t¾t lµEDX hay EDS xuÊt ph¸t tõ tªn gäi tiÕng anh Energy-dispersive X-rayspectroscopy

II. Nguyªn lý cña EDS

K hi chïm ®iÖn tö cã møc n¨ng l îng cao ® îc chiÕu vµo vËt r¾n, nãsÏ ®©m xuyªn s©u vµo nguyªn tö vËt r¾n vµ t ¬ng t¸c víi çc líp ®iÖn töbªn trong cña nguyªn tö

8/17/2019 pho_eds_3248

6/14

T ¬ng t¸c nµy dÉn ®Õn viÖc t¹o ra çc tia X cã b íc sang ®Æc tr ng tØlÖ víi nguyªn tö sè (Z) cña nguyªn tö tu©n theo ®Þnh luËt Mosley:

TÇn sè cña tia X ph¸t ra lµ ®Æc tr ng víi nguyªn tö cña mçi chÊt cãmÆt trong chÊt r¾n.

ViÖc ghi nhËn phæ tia X ph¸t ra tõ vËt r¾n sÏ cho ta çc th«ng tinvow çc nguyªn tè ho¸ häc cã mÆt trong mÉu. §ång thêi chow çc th«ngtin vow tØ phÇn çc nguyªn tè nµy.

8/17/2019 pho_eds_3248

7/14

H×nh ¶nh phæ t¸n s¾c n¨ng l îng tia X cña mÉu mµng máng ghinhËn trªn kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua.

§iÒu ®ã cã nghÜa lµ tÇn sè tia X ph¸t ra lµ ®Æc tr ng víi nguyªn töcña mçi chÊt cã mÆt trong chÊt r¾n. ViÖc ghi nhËn phæ tia X ph¸t ra tõ vËtr¾n sÏ cho th«ng tin vÒ çc nguyªn tè ho¸ häc cã mÆt trong mÉu ®ång thêicho çc th«ng tin vÒ tØ phÇn çc nguyªn tè nµy.

III.KÜ thuËt ghi nhËn vµ ®échÝnh x¸c cña EDS

I.1 KÜ thuËt ghi nhËn

8/17/2019 pho_eds_3248

8/14

Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) sẽ có nănglượng biến thiên trong dải rộng, sẽ được đưa đến hệ tán sắc và ghi nhận(năng lượng) nhờ detector dịch chuyển (thường là Si, Ge, Li..) được làmlạnh bằng nitơ lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do tươngtác với tia X, rồi được lái vào một anốt nhỏ.

Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu. Độ phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độnhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector).

I.2 §é chÝnh x¸c cña EDX

Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thườngghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên).

Tuy nhiên, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụB, C...) và thường xuất hiện hiệu ứng trồng chập các đỉnh tia X của các

nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát ra nhiều đỉnh đặc trưngK α, K β..., và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể chồng chập lênnhau gây khó khăn cho phân tích).

http://vi.wikipedia.org/wiki/Sihttp://vi.wikipedia.org/wiki/Sihttp://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ge&action=edit&redlink=1http://vi.wikipedia.org/wiki/Lihttp://vi.wikipedia.org/wiki/Lihttp://vi.wikipedia.org/wiki/Nit%C6%A1_l%E1%BB%8Fnghttp://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=An%E1%BB%91t&action=edit&redlink=1http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=An%E1%BB%91t&action=edit&redlink=1http://vi.wikipedia.org/wiki/Tia_Xhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Bhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Chttp://vi.wikipedia.org/wiki/Chttp://vi.wikipedia.org/wiki/Chttp://vi.wikipedia.org/wiki/Bhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Tia_Xhttp://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=An%E1%BB%91t&action=edit&redlink=1http://vi.wikipedia.org/wiki/Nit%C6%A1_l%E1%BB%8Fnghttp://vi.wikipedia.org/wiki/Lihttp://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ge&action=edit&redlink=1http://vi.wikipedia.org/wiki/Si

8/17/2019 pho_eds_3248

9/14

IV.Mét vµi øng dông cña phÐpph©n tÝch

1. Nghiên cứu ăn mòn vỏ lò quay xi măng

¡n mßn vá lß quay Xim¨ng ® îc chia lµm hai lo¹i: ¨n

mßn trong qu¸ tr×nh dõng lß do ng ng tô hoÆc hÊp thôn íc vµ ¨n mßn ( nhiÖt ®é cao) trong qu¸ tr×nh lß lµmviÖc.

2. H×nh th¸i vµ thµnh phÇn cña gØ s¾t.

C¸c s¶n phÈm ¨n mßn ®Òu gißn, xèp vµ gÇn gièngcèc. GØ ë chç tiÕp xóc víi g¹ch chÞu lña cã mµu n©u nh¹t

cßn ë chç tiÕp xóc víi vá thÐp cã mµu n©u bãng hoÆc ®enãng.

8/17/2019 pho_eds_3248

10/14

Gỉ điển hình. Phía gạch chịu lửa: đen, nâu. Phía vỏ lò - sángbóng và đen

Phân tích tiết diện ngang của gỉ bằng phương pháp SEMIEDXcho thấy gỉ có cấu trúc xốp và đa lớp - gồm nhiều lớp kế tiếp nhauvới thành phần chính là oxyt sắt và sunphua sắt.

Từ đó có thể phân biệt được ba loại gỉ: - Gỉ không chứa clo và kiềm

- Gỉ chứa clo không chứa kiềm

- Gỉ chứa cả clo và kiềm

8/17/2019 pho_eds_3248

11/14

Biểu đồ EDX mặt cắt của gỉ, Mỗi biểu đồ lần lượt tương ứng với O, S, Cl, và K. Ký hiệu

Ka dưới mỗi ảnh là chỉ tín hiệu phân tích được là tín kiệu Ka Phân tích EDX được thực hiện trên 4 mẫu được lấy xungquanh một vị trí: một mẫu bột gỉ nghiền mịn, một mẫu gỉ phíagạch, một mẫu gỉ phía vỏ thép, và một mẫu ở đáy của gạch chịulửa . Kết quả được trình bày trên bảng 1. Có thể thấy rằng hàmlượng lưu huỳnh (S), clo (Cl) và kali (K) ở hai mặt gỉ rất giốngnhau: S = 3,5%, Cl = 6% và K = 0,5%. Bột ăn mòn có hàm lượngS cao hơn (cỡ 15%) còn Cl thấp hơn (chỉ khoảng 2,5%). Đáy củagạch có thành phần gần giống sản phẩm ăn mòn. Phổ X -ray củabốn sản phẩm đều có oxyt sắt và sunphua sắt với hàm lượngkhác nhau

Bảng 1. Phân tích vi lượng 4 mẫu lấy xung quanh một vị trí (% khối lượng)

Gỉ s t S t Lưu huỳnh Clo Kali

Bột gỉ 74 15 2,5 0,5

Gỉ phía gạch, màu t i 85 3,5 6,0 0,5

Gỉ phía vỏ thép, màu sáng 85 3,3 6,5 0,5

M u ở đáy viên gạch chịu lửa 56 13 5,5 1,0

. Bảng 2 là kết quả phân tích ba mẫu: bột ăn mòn, gỉ phía vỏ lò vàgỉ phía gạch. Một lần nữa, bột ăn mòn lại chứa nhiều lưu huỳnhhơn hai loại gỉ ăn mòn tương ứng. Tuy nhiên gỉ lại chứa rất nhiềukali mặc dù vẫn chứa một lượng clo dư .

8/17/2019 pho_eds_3248

12/14

Bảng 2. Phân tích vi lượng 3 mẫu lấy xung quanh một vị trí (% khối lượng)

Gỉ s t S t Lưu huỳnh Clo Kali

Bột gỉ 64 14 12 6,5

Gỉ phía gạch, màu tối 64 1,5 19 7,0

Gỉ phía vỏ thép, màu sáng 81 2,0 11 3,0

. Phân tích định lượng EDX vi cấu trúc của gỉ Trên: phân tích định lượng

Dưới: SEM của gỉ Ở biểu đồ trên có các nguyên tố O, S và K

Hình ảnh phân tích SEM-EDX trên tiết diện ngang của gỉchứa kiềm. Lần này cực đại của S không phải lúc nào cũng trùngvới cực tiểu của O. Trái lại, ở những vùng được đánh dấu (a)cùng cho các tín hiệu của O, S và K, trong khi đó các lớp thấp oxy,cao lưu huỳnh và phi kiềm chỉ thấy ở những vùng đánh dấu (b).Những ảnh khác của các nguyên tố này cũng có cùng đặc trưng.Tại những vùng mà các hợp chất của O, S và K chiếm ưu thế thì

hình ảnh rất rõ nét. Tín hiệu của Cl thường không đi kèm tín hiệucủa K và S.

8/17/2019 pho_eds_3248

13/14

V.§¸nh gi¸ ph- ¬ng ph¸p & KÕtluËn

- u §iÓm:Phổ tia X phát ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X)

trải trong một vùng rộng và được phân tich nhờ phổ kế tán sắcnăng lượng do đó ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũng nhưthành phần.

. Độ phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ

chùm điện tử và độ nhạy của detector (vùng hoạt động tích cựccủa detector ).

Nh îc §iÓm:

Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thôngthường ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ3-5% trở lên)

EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C...) và thường xuất hiện hiệu ứng trồng chập các đỉnh tia X củacác nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát ra nhiềuđỉnh đặc trưng K α, K β..., và các đỉnh của các nguyên tố khácnhau có thể chồng chập lên nhau gây khó khăn cho phân tích).

K hả năng loại nhiễu kÐm hơn WDS.

The end!

C¶m ¬n thÇy ®· gióp ®ì em hoµn thµnh bµi b¸o c¸o vµ m«nhäc!

http://vi.wikipedia.org/wiki/Photonhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Bhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Bhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Bhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Chttp://vi.wikipedia.org/wiki/Chttp://vi.wikipedia.org/wiki/Chttp://vi.wikipedia.org/wiki/Bhttp://vi.wikipedia.org/wiki/Photon

8/17/2019 pho_eds_3248

14/14

Documents

pho_eds_3248