Analisis
microprobe elektron (EMPA), juga disebut elektron Mikroanalisis probe, adalah
sebuah teknik analisis yang digunakan untuk menetapkan komposisi daerah kecil
pada spesimen. EMPA adalah salah satu dari beberapa teknik partikel-beam.
Sebuah sinar elektron dipercepat difokuskan pada permukaan spesimen menggunakan
serangkaian lensa elektromagnetik, dan elektron energik menghasilkan sinar-X
karakteristik dalam volume kecil (biasanya 1 sampai 9 mikron kubik) dari
spesimen. Sinar-X karakteristik terdeteksi pada panjang gelombang tertentu, dan
intensitas mereka diukur untuk menentukan konsentrasi. Semua elemen (kecuali H,
He, dan Li) dapat dideteksi karena setiap elemen memiliki satu set khusus
sinar-X yang memancarkan. Teknik analisis ini memiliki resolusi spasial tinggi
dan sensitivitas, dan analisis individu cukup singkat, hanya membutuhkan satu
atau dua menit dalam banyak kasus. Selain itu, microprobe elektron dapat
berfungsi seperti mikroskop elektron scanning (SEM) dan memperoleh sangat
diperbesar gambar sekunder dan backscattered-elektron dari sampel.
Microprobe
elektron (EMP),
juga dikenal sebagai probe
elektron microanalyzer (EPMA)
atau elektron
mikro penyelidikan analyzer(EMPA), adalah alat analisis yang
digunakan untuk non-destruktif menentukan komposisi kimia dari volume kecil
bahan padat. Ia
bekerja sama dengan sebuah mikroskop
elektron scanning : sampel
dibombardir dengan berkas elektron , memancarkan sinar-x pada panjang
gelombang karakteristik untuk unsur-unsur yang dianalisis. Hal ini memungkinkan kelimpahan elemen
hadir dalam volume sampel kecil (biasanya 10-30 kubik mikrometer atau kurang) yang akan ditentukan. [1] Konsentrasi dari unsur boron ke plutonium dapat diukur pada tingkat serendah 100 bagian per juta (ppm ). Perbaikan terbaru pada Empas (misalnya CAMECA SX100 dengan lima kristal PET kebesaran
untuk analisis unsur jejak) secara akurat dapat mengukur konsentrasi unsur
sekitar 10 ppm.
Sejarah [
sunting ]
Pengembangan
microprobe elektron didahului oleh yang dari teknik analisis terkait erat X-ray
fluorescence spektrometri (XRF). Teknik ini pertama kali diusulkan oleh Georg
von Hevesy pada tahun 1923 dan diterapkan oleh pekerja lain dalam beberapa
tahun berikutnya.
Pada tahun
1944, MIT membangun microprobe elektron, menggabungkan mikroskop elektron dan
spektrometer energi-rugi . Elektron energi loss spektrometri sangat baik untuk
analisis elemen cahaya dan mereka memperoleh spektrum C-Kα, N-Kα dan radiasi
O-Kα. Pada tahun 1947, Hiller dipatenkan ide menggunakan berkas elektron untuk
menghasilkan sinar-X analitis, tetapi tidak pernah membangun sebuah model
kerja. Desain yang diusulkan menggunakan difraksi Bragg dari kristal datar
untuk memilih panjang gelombang sinar-X khusus dan pelat fotografi sebagai
detektor.
Pada
1948-1950, Raymond Castaing , diawasi oleh André Guinier , dibangun elektron
pertama "microsonde électronique" (microprobe elektron) di University
of Paris. Microprobe ini menghasilkan diameter berkas elektron dari 1-3 pM
dengan arus berkas ~ 10 nanoamperes (nA) dan menggunakan Geiger counter untuk
mendeteksi sinar-X yang dihasilkan dari sampel. Namun, counter Geiger tidak
bisa membedakan sinar-X yang dihasilkan dari elemen tertentu dan pada tahun
1950, Castaing menambahkan kuarsa kristal antara sampel dan detektor untuk
mengizinkan diskriminasi panjang gelombang. Dia juga menambahkan mikroskop
optik untuk melihat titik dampak balok. Microprobe yang dihasilkan dijelaskan
dalam Castaing 1951 Ph.D. tesis, [2] di mana ia meletakkan dasar-dasar teori
dan penerapan analisis kuantitatif dengan microprobe elektron, membangun
kerangka teoritis untuk koreksi matriks efek penyerapan dan fluoresensi. Castaing
(1921-1999) dianggap sebagai "bapak" analisis microprobe elektron.
CAMECA
(Prancis) menghasilkan microprobe komersial pertama, "MS85," pada
tahun 1956 ini segera diikuti oleh banyak microprobes dari perusahaan lain.;
Namun, semua perusahaan kecuali CAMECA dan JEOL , sekarang keluar dari bisnis.
Selain itu, banyak peneliti membangun microprobes elektron di laboratorium
mereka. Perbaikan selanjutnya yang signifikan dan modifikasi microprobes
termasuk pemindaian sinar elektron untuk membuat peta X-ray (1960), penambahan
solid state EDS detektor (1968) dan pengembangan multilayer sintetis difraksi
kristal untuk analisis elemen cahaya (1984).
Cara
kerjanya [ sunting ]
Sebuah sinar
elektron ditembakkan pada sampel. Balok menyebabkan setiap elemen dalam sampel untuk
memancarkan sinar-X pada frekuensi karakteristik; sinar-X kemudian dapat
dideteksi oleh microprobe elektron. [3] Ukuran dan kepadatan arus berkas
elektron menentukan trade-off antara resolusi dan waktu pemindaian dan / atau
analisis waktu. [4]
Deskripsi
rinci [ sunting ]
Elektron
rendah energi yang dihasilkan dari tungsten filamen, sebuah lanthanum
Hexaboride kristal katoda atau lapangan emisi sumber elektron dan dipercepat
oleh bias positif anoda piring untuk 3-30000 elektron volt (keV). Pelat anoda
memiliki aperture pusat dan elektron yang melewatinya adalah collimated dan
fokus dengan serangkaian lensa magnetik dan lubang. Yang dihasilkan berkas
elektron (kira-kira dari 5 nm sampai 10 mikrometer diameter) dapat rastered
seluruh sampel atau digunakan dalam mode tempat untuk menghasilkan eksitasi
dari berbagai efek dalam sampel. Di antara efek ini: phonon eksitasi (panas),
cathodoluminescence (fluoresensi cahaya tampak), kontinum radiasi X-ray (
bremsstrahlung ), radiasi sinar-X karakteristik, elektron sekunder ( plasmon
produksi), produksi elektron backscattered, dan Auger elektron produksi.
Ketika
elektron beam (dan elektron tersebar dari sampel) berinteraksi dengan elektron
terikat dalam kulit elektron terdalam atom dari berbagai elemen dalam sampel,
mereka dapat menyebarkan elektron terikat dari kulit elektron memproduksi
kekosongan dalam shell yang (ionisasi atom). Kekosongan ini tidak stabil dan
harus diisi oleh elektron dari salah satu energi yang terikat shell yang lebih
tinggi dalam atom (memproduksi kekosongan lain yang pada gilirannya diisi oleh
elektron dari energi terikat kerang belum tinggi) atau dengan elektron terikat
dari energi rendah. Perbedaan dalam mengikat energi antara kulit elektron di
mana kekosongan diproduksi dan shell dari mana elektron datang untuk mengisi
kekosongan dipancarkan sebagai foton. Energi dari foton berada di kawasan X-ray
dari spektrum elektromagnetik . Sebagai struktur elektron dari setiap elemen
unik, seri X-ray energi baris yang dihasilkan oleh kekosongan pada kulit
terdalam adalah karakteristik dari elemen itu, meskipun garis-garis dari
unsur-unsur yang berbeda mungkin tumpang tindih. Seperti kerang terdalam yang
terlibat, energi garis X-ray umumnya tidak terpengaruh oleh efek kimia yang
dihasilkan oleh ikatan antara unsur-unsur dalam senyawa kecuali dalam nomor
atom rendah (Z) unsur (B, C, N, O dan F untuk K alpha dan Al cl untuk K beta)
di mana energi garis dapat bergeser sebagai akibat dari keterlibatan kulit
elektron dari mana kekosongan diisi dalam ikatan kimia.
Sinar-X
karakteristik yang digunakan untuk analisis kimia. Panjang gelombang sinar-X
atau energi tertentu yang dipilih dan dihitung, baik dengan panjang gelombang
dispersif spektroskopi sinar-X (WDS) atau energi dispersif spektroskopi sinar-X
(EDS). WDS menggunakan difraksi Bragg dari kristal untuk memilih panjang
gelombang sinar-X dari bunga dan mengarahkan mereka ke gas-aliran atau disegel
detektor proporsional. Sebaliknya, EDS menggunakan solid state detektor
semikonduktor untuk mengumpulkan sinar-X dari semua panjang gelombang yang
dihasilkan dari sampel. Sementara EDS menghasilkan informasi lebih lanjut dan
biasanya membutuhkan waktu penghitungan yang jauh lebih singkat, WDS umumnya
teknik yang lebih tepat dengan batas bawah deteksi karena yang resolusi puncak
X-ray superior.
Komposisi
kimia ditentukan dengan membandingkan intensitas sinar-X karakteristik dari
bahan sampel dengan intensitas dari komposisi diketahui (standar). Hitungan
dari sampel harus dikoreksi untuk efek matriks (kedalaman produksi sinar-X, [5]
[6] penyerapan dan sekunder fluoresensi [7] [8] ) untuk menghasilkan komposisi
kimia kuantitatif. Informasi kimia yang dihasilkan dikumpulkan dalam konteks
tekstur. Variasi komposisi kimia dalam bahan (zoning), seperti butiran mineral atau
logam, dapat segera ditentukan.
Volume dari
mana informasi kimia dikumpulkan (volume sinar-X generasi) adalah 0,3-3
mikrometer kubik.
Penggunaan [
sunting ]
Ilmu
material dan rekayasa [ sunting ]
Sebuah
bagian dari 1886VE10 mikrokontroler mati seperti yang terlihat oleh microprobe
elektron. Silinder terang kecil tungsten vias tersisa dari metalization etsa
proses. The X-ray spektroskopi teknik dapat digunakan untuk menentukan
komposisi bahan vias.
Untuk tujuan
perbandingan, bagian yang sama dari 1886VE10 mikrokontroler mati seperti yang
terlihat oleh mikroskop optik .
Teknik ini
biasanya digunakan untuk menganalisis komposisi kimia dari logam, paduan,
keramik, dan gelas. Hal ini sangat berguna untuk menilai komposisi partikel
atau butir individu dan perubahan kimia pada skala beberapa mikrometer untuk
milimeter. The microprobe elektron banyak digunakan untuk penelitian, kontrol
kualitas, dan analisa kegagalan.
Mineralogy
dan petrologi [ sunting ]
Teknik ini
paling sering digunakan oleh mineral dan Petrologi. Kebanyakan batuan merupakan
agregat dari butiran mineral kecil. Butir ini dapat mempertahankan informasi
kimia diadopsi selama pembentukan dan perubahan berikutnya. Informasi ini dapat
menerangi proses geologi, seperti kristalisasi, lithification, vulkanisme,
metamorfosis, peristiwa orogenic (gunung bangunan), lempeng tektonik. Teknik
ini juga digunakan untuk studi batuan luar angkasa (yaitu meteorit), dan
menyediakan data kimia yang sangat penting untuk memahami evolusi
planet-planet, asteroid, dan komet.
Perubahan
komposisi unsur dari pusat (juga dikenal sebagai core) ke tepi (atau pinggiran)
dari mineral yang dapat menghasilkan informasi tentang sejarah pembentukan
kristal, termasuk suhu, tekanan, dan kimia dari medium sekitarnya. Kristal
kuarsa, misalnya, memasukkan sejumlah kecil, tapi terukur dari titanium ke
dalam struktur mereka sebagai fungsi temperatur, tekanan, dan jumlah titanium
yang tersedia di lingkungan mereka. Perubahan parameter ini dicatat oleh
titanium sebagai kristal tumbuh.
Paleontologi
[ sunting ]
Dalam fosil
sangat diawetkan, seperti orang-orang dari shale Burgess , bagian lunak
organisme dapat dipertahankan. Karena fosil ini sering dikompresi menjadi film
2D, bisa sulit untuk menyimpulkan fitur apa yang apa: contoh terkenal adalah
bahwa ekstensi segitiga di Opabinia , yang diartikan sebagai salah satu kaki
atau ekstensi dari usus. Pemetaan unsur menunjukkan bahwa mereka memiliki
komposisi yang mirip dengan usus, mendukung penafsiran kedua. [9] Karena sifat
tipis film karbon, hanya tegangan rendah (5-15V) dapat digunakan dalam spesimen
tersebut. [10]
Untuk
informasi lebih lanjut tentang kelimpahan unsur di shale Burgess, lihat Burgess
jenis shale pelestarian # elemental mapping
Analisis
Meteorite [ sunting ]
Komposisi kimia
dari meteorit dapat dianalisis cukup akurat menggunakan teknik EPMA. Hal ini
dapat mengungkapkan banyak informasi tentang kondisi yang ada di tata surya
kita bertahun-tahun yang lalu. Dengan demikian, dalam membantu kita mengetahui
masa lalu dari tata surya kita, itu akan juga menempatkan kami selangkah lebih
maju dalam mengetahui masa kini & mungkin, bahkan kondisi masa depan tata
surya.
Pengantar
EPMA
EPMA bekerja
dengan membombardir volume mikro sampel dengan berkas elektron terfokus (khas
energi = 5-30 keV) dan mengumpulkan foton sinar-X sehingga dipancarkan oleh
berbagai jenis unsur. Karena panjang gelombang sinar-X ini merupakan
karakteristik dari spesies memancarkan, komposisi sampel dapat dengan mudah
diidentifikasi dengan merekam spektrum WDS (Wavelength dispersif Spektroskopi).
WDS spektrometer didasarkan pada hukum Bragg dan menggunakan berbagai bergerak,
monocrystals berbentuk sebagai monochromators.
EPMA adalah
metode sepenuhnya kualitatif dan kuantitatif analisis unsur non-destruktif dari
volume berukuran mikron di permukaan bahan, dengan sensitivitas pada tingkat
ppm. Kuantifikasi Rutin 1% reproduktifitas diperoleh selama beberapa hari. Ini
adalah teknik mikro-analisis yang paling tepat dan akurat yang tersedia dan
semua elemen dari B ke U dan di atas dapat dianalisis.
EPMA
sepenuhnya kompatibel dengan sesi analisis rutin, dengan interpretasi mudah dan
langsung hasil.
Instrumen
EPMA dilengkapi dengan kit lengkap built-in tools mikroskop yang memungkinkan
simultan X-ray (WDS dan EDS), SEM dan pencitraan BSE, ditambah optik cahaya
tampak canggih; mereka menyediakan pemeriksaan sampel yang sangat fleksibel
dengan perbesaran gambar mulai dari 40 sampai 400.000.
Penentuan
ketebalan dan komposisi unsur dari nm sampai mm lapisan tebal bahan stratified
adalah mungkin.
Aplikasi
utama yang ditemukan dalam geokimia, mineralogi, Geochronology, metalurgi
fisik, metalurgi nuklir, ilmu material termasuk kaca, keramik, superkonduktor,
semen, mikroelektronika, biokimia ...
EPMA
memberikan hasil yang jauh lebih baik daripada sistem SEM / EDS standar. Karena
sifat internal WDS, sensitivitas umum, analisis elemen cahaya dan risiko
interpretasi yang keliru dari spektrum kualitatif adalah semua unggul dengan
EPMA. Resolusi spektral dan detektor waktu mati jauh lebih baik dari EDS
(Energi dispersif Spektroskopi).
Eksitasi
balok sistem regulasi dan kemampuan tahap sampel canggih menjamin bahwa teknik
ini memberikan stabilitas yang luar biasa dan pengulangan pengukuran.
CAMECA:
pelopor dan pemimpin dunia dalam EPMA
EPMA telah
dikaitkan dengan CAMECA sejak teknik ini pertama kali muncul pada skala
industri. Bekerja sama erat dengan Prof R. Castaing dari Université de Paris
dan berdasarkan penelitian, CAMECA memperkenalkan microprobe MS85 di pasar
sedini 1958. Pengakuan di seluruh dunia datang dengan cepat dan instrumen ini
karena telah mendapatkan manfaat dari perbaikan yang berkesinambungan dan
adaptasi terhadap tantangan analitis baru.