Статьи

Программный пакет для РФА-анализа XRF-FP

Автор
Оцените материал
(1 Голосовать)

Полнофункциональный пакет для количественного элементного РФА-анализа.

Данный пакет является програмным пакетом для количественного РФА-анализа. РФА-анализ фундаментальных параметров (ФП) преобразует интенсивность пика в концентрацию соответствующую ему элемента или толщину пленки. Он обрабатывает исходные рентгеновские спектры, измеренные с помощью детекторов Amptek и импульсных процессоров для получения (1) элементной пиковой интенсивности (интенсивность пиков, соответствующих каждому элементу) и (2) элементарной концентрации или толщины пленки.

Особенности

  • Использование метода фундаментальных параметров

  • Анализ с использованием и без стандартных образцов

  • Анализ жидкостей и тонких пленок

  • Анализ до 40 элементов одновремнно

  • Совместим со всеми детекторами Amptek (Si-PIN, SDD, CdTe), рентгеновскими трубками и электроникой

  • Автоматический режим для непрерывного или периодического анализа

  • Корректировка пика вылета CdTe

  • Неразрушающий анализ

Применения

  • Рентгено-флуоресцентный анализ

  • Анализ тонких пленок

  • RoHS / WEEE анализ

  • Обучение и исследования

  • Искусство и археология

  • Управление технолгическими процессами

  • Рентгеновская трубка

XR100CR и мини-X для РФА-анализа.



Введение и принцип работы

Данный пакет является програмным пакетом для количественного РФА-анализа. РФА-анализ фундаментальных параметров (FP) преобразует элементную интенсивность пика в элементную концентрацию или толщину пленки. Он обрабатывает исходные рентгеновские спектры, измеренные с помощью детекторов Amptek и импульсных процессоров для получения (1) элементной пиковой интенсивности (интенсивность пиков, соответствующих каждому элементу) и (2) элементарной концентрации или толщины пленки.

 

Рис. 2. Эскиз иллюстрирует поток данных в РФА-анализатор.

После того, как система была установлена, откалибрована и получен спектр, начинается РФА-анализ:

  1. Расшифровка отклика детектора для восстановления появления фотопика. Этот шаг применяется для пиков вылета, суммарных пиков, фоновых пиков, и т.д. На выходе этот шага появляется обработанный спектр, точно показывает только фотопики.
  2. Расшифровка фотопиков для определения интенсивности взаимодействия рентгеновского излучения в детекторе. Результатом этого этапа является таблица интенсивности в каждом анализируемом фотопике.
  3. Счет для ослабления и матричные эффекты для определения концентраций элементов в образце. Результатом этого этапа является таблица концентрации, что есть конечный результат анализа.

Спектр обработки исправляет спектр для пиков выхода, суммарных пиков, фоновых пиков, Комптона, обратного рассеяния и других эффектов. Он также корректирует затухание в Берилиевом окна и не чувствительных слоях детектора, а также эффективность детектора. Пики апроксимируются с использованием теоретических моделей или с помощью измерения отклика детектора и может быть выполнено с помощью как линейной, так и нелинейная спектральной развертки. Разнообразие вариантов обработки позволяет адаптировать программное обеспечение к конкретному детектор/спектрометру и к конкретному применению.

Количественный анализ, шаг, в котором элемент концентрации или толщины пленки вычисляется по интенсивности соответствующего пика, может быть выполнены либо с помощью или без использования стандартных образцов для калибровки аналитических параметров. В анализ без стандартных образцов, все параметры задаются на основе теоретических уравнений, фундаментальной базе данных параметров и точном моделировании геометрии измерения. Измерение без стандартных образцов возможен для простых структур или однослойных тонкопленочных образцов, когда толщина пленки не известна. При анализе с использованием стандартных образцов, основные параметры получаются на основе измеренного отклика для каждого элемента. Наиболее точные результаты анализа получаются при использовании стандартов с применением похожести на материал при измерении. Измерения "коэффициент рассеяния" может быть использован для оценки доли образца, который состоит из материалов с малым Z, которые не могут быть измерены с помощью РФА-анализа.

Программное обеспечение включает в себя большое число переменных, которые пользователь может настроить в соответствии с условиями эксперимента и для оптимизации обработки.

Рис. 3. Основное окно программы. Показывает элемент таблицы с различными параметрами и концентрацией.

Таблица 1. Результаты, полученные с помощью программного пакета для РФА-анализа для двух сплавов стали. Данные были получены с использованием детектора XR100-SDD фирмы Amptek, импульсного процессора PX5, детектора мини-X Amptek с рентгеновской трубкой и монтажной плиты MP1 фирмы Amptek.

Особенности программного пакета

    • До 40 элементов могут быть проанализированы одновременно. Анализ может проводиться для всех элементов от H до Fm, используя анализ по K, L и M линиям, в диапазоне энергий от 0,1 кэВ до 60 кэВ.
    • Поддерживает измерение суммарного состава, состава и толщины одного слоя или композиции до 4 слоев.
    • Включает полную коррекцию потерь из-за затухания в воздухе, окне детектора, мертвых слоях детектора, активном объеме детектора и фильтре, который вставляется между трубкой и образцом или между образцом и детектором. Они рассчитываются на основе пользовательского ввода параметров, определяющих источник возбуждения, детектора и геометрии измерения.
    • Параметры обработки спектра включают в себя параметры для определения фона, наслоившиеся пики и суммарные пики.
    • Включает в себя поправки на поглощение как в толстых, так и в тонкослойных пленках вторичной флуоресценции, то есть все матричные эффекты, усиление и поглощение. Все возможные линии рассматриваются - как для возбуждения, так и для флуоресценции.
    • Интенсивность фотопика может быть смоделирована как функция Гаусса, за счет интегрирования площади под пиком, или с помощью измеренного отклика фотопика.
    • Линейного или нелинейного развертывания. В нелинейном развертывании центр тяжести и разрешение пиков подбираются с учетом оптимальной формы.
    • Количественный анализ может быть реализован с использованием фундаментальных параметров, фундаментальные параметры с коэффициентом рассеяния (для образцов, содержащих большое количество материалов с малым Z), или простым метод наименьших квадратов.
    • Анализ с использованием фундаментальных параметров может быть основан на использовании одного стандартного источника, нескольких стандартных образков, или без них. Анализ без стандартных образцов требует четкого определения параметров рентгеновской трубки, детектора, окружающей среды и геометрических параметров измерения.
    • Основные расчеты параметров основаны на уравнении Шермана.
    • Труба спектры могут быть поставлены пользователем или вычисляется из встроенных моделей (Эбель, Пелла и соавт.). Эти трубки спектры могут быть свернут с экспериментальными функциями передачи получить ожидаемый спектр труб, проходящих через оптический таких как поликапиллярного расслоения.
    • Включает интерактивный "экспертный режим" и "штатный режим". В экспертном режиме, пользователь может увидеть каждый шаг в проведении анализа и настройке параметров. В штатном режиме, после того, как спектрометр настроен и откалиброван, нужно только нажать одну единственную кнопку для получения данных, обработки спектра, анализа интенсивности, а также для сохранения результатов в отчете.

Пример определения

Элементы / Компоненты

Можно анализировать до 40 элементов в виде отдельных элементов и/или соединений. Непроанализированные элементы могут быть определены стехиометрически на основе связи с проанализированным элементом (например, оксиды и карбонаты). Элементы могут быть проанализированы в одном или нескольких соединений в рамках одного анализа. Одно соединение (или элемент) могут быть проанализированы по разному. Любое количество соединений (или элементов) могут быть "зафиксированы". Например, решения, связующие и/или гидратированные кристаллы могут быть проанализированы таким образом.

Общий анализ и анализ тонкопленочных материалов

Любой объем и однослойные (не поддерживается) тонкопленочный образец могут быть проанализированы как с помощью использования стандартных образцов, так и метода фундаментальных параметров. Дополнительное программное обеспечение доступно для одновременной обработки многослойных образцов (до 6 слоев) и тонкопленочных материалов с использованием метода фундаментальных параметров (за более подробной информацией обращайтесь к специалистам Техноаналитприбор).

Количественный анализ

Метод анализа

Модуль включает в себя анализ вариации. Во-первых, можно выбрать для количественного анализа метод фундаментальных параметров. Этот модуль решает множество нелинейных уравнений, связывающих интенсивность рентгеновского пика и концентрацию элементов в образце. Эти уравнения включают поправки на ослабления и поглощения в образце, возникновение вторичных рентгеновских лучей в образце, затухания в окнах и воздухе, труба спектров рассеяния и т.д. Во-вторых, можно выбрать ФП с разбросом показателей. Эту возможность рекомендуется использовать, когда образец содержит значительное количество материалов с малым Z, таких как пластик. Оценка производится для не проанализированной части образца путем сравнения известных элементов анализируемого вещества с измеренным отношение C/R и приписывая оставшимся элементам средний атомный номер. В-третьих, можно выбрать простой метод наименьших квадратов. Это эмпирический метод, который не использует всю информацию о спектре. Вместо этого он полагается на простые калибровочные коэффициенты и предполагает, что интенсивность определенной линии линейно зависит от концентрации.

Когда более чем одно возбуждение используется, по крайней мере один из элементов для каждого условия должен быть откалиброван. Калибровка может быть проведена с помощью любого стандартного образца (например, чистого элемента).  Для калибровки может быть использован один или несколько стандартных образцов. Если некоторые элементы откалиброваны, а некоторые нет, то для последних можно использовать калибровочные коэффициенты, полученные из первой группы.

Толщина образца может быть определены или рассчитана. В случае расчета анализ не может быть без стандартного образца. Несколько путей возможны для измерения толщины и плотности. Плотность можно рассчитать теоретически или определить в случае линейных расчетов толщины. Состав образцов может быть до миллионных долей процента.

Метод калибровки

С помощью метода фундаментальных параметров можно провести калибровку без стандартных образцов. Все параметры, описывающие спектры рентгеновской трубки, фильтрацию, затухание в воздухе, затухание в берилиевом окне и мертвых слоях детектора, ослабление и усиление в образце, и т.д. вычисляются на основе физических моделей, построенных на основе данных, введенных пользователем в программе. Он проще в использовании анализа со стандартными образцами, но его параметры являются приблизительными. Это связано с приближениями, присущие физической модели и данными, вводимыми пользователем.

С методом фундаментальных параметров можно также выбрать калибровать ли его параметры с использованием одного или нескольких стандартных образцов. Калибровка настоятельно рекомендуется и приведет к гораздо более точным результатам. Одиночный обычный стандартный образец может быть использован, т.е. может быть использован одна часть материала, содержащего все элементы, которые будут позже проанализированы. Например, может быть использован «стандартный материал сравнения» нержавеющая сталь и затем будет наблюдаться очень точный анализ других легированных сталей. Можно проводить калибровку с использованием различных стандартных образцов для каждого элемента.

Несколько типов анализа не может быть без стандартных образцов, т.е. калибровка по стандартному образцу требуется. Например, анализ по методу наименьших квадратов не может быть стандартного образца. Если плотность образца (т.е. мг/см2) рассчитывается, анализ не может быть без стандартного образца.

Источники возбуждения

Можно использовать либо рентгеновские трубки или изотопные источники. Для рентгеновских трубок данный программный пакет можно моделировать как отражения и пропускания рентгеновских лучей с использованием либо Пелла или Эбель модели, или с помощью поставляемых источником спектра для полного моделирования полихроматического источника. Анод, окна и фильтры могут быть определены. Окно трубки может быть любого состава (например, BeO или стекло). Любой элемент может быть выбран для анода, а также угол вылета. Энергия может варьироваться от 3 до 60 кВ. Обеспечение предоставляется в том числе передача файлов эффективность использования, например, поликапиллярной оптики помещается между источником и образцом. Радиоактивные изотопы могут быть использованы с помощью источника файл, описывающий относительное соотношение линии. Для вторичного возбуждения цели, монохроматического возбуждения предполагается.

Amptek поставляет все параметры для своей мини-X рентгеновской трубки и комплект фильтров. Если труба из другого поставщика используется, то клиент должен найти ее параметры самостоятельно.

Радиоактивные изотопы могут быть использованы с помощью источника файл, описывающий относительное соотношение линии. Для вторичного возбуждения цели, монохроматического возбуждения предполагается.

Детекторы

Различные датчики (Si-PIN-код, SDD, CdTe, Si (Li) и Ge) и окна могут быть полностью смоделированы. Программа имеет обеспечение для пользователей, чтобы ввести все необходимые параметры (например, толщину, являются, мертвый слой и т.д.), связанные с этими детекторами и их окон. Спектральный обработки CdTe включает в себя некоторые существенные изменения в обработке процедуры. Более подробную информацию о CdTe анализ детектор смотрите эту страницу.

Amptek поставляет все параметры его XR100 ряд детекторов, в том числе XR100-SDD, XR100CR для SiPIN и XR100-CdTe. Если детектор от другого поставщика используется, клиент должен найти критические параметры.

Геометрия

Полная геометрия системы могут быть указаны в том числе частоту выборки и взлет углы, источник-оптические и / или источника к образцу расстояния образец-на-детектор расстояния, а также факторы окружающей среды.Amptek поставляет все параметры его MP1 монтажная панель, для работы с мини-X и XR100/X-123.

Рисунок 4. Определения геометрии углов.

Рисунок 5. При использовании MP1 пластины монтаж, обратитесь к этой схеме и в таблице ниже. Расстояние от края пластины с образцом должна быть 0,375 дюйма (1 см) для того, чтобы быть в точку пересечения детектора и рентгеновской трубки. Все размеры указаны в сантиметрах (см).

РФА-FP параметров Значение
Угол падения 67,5 °
Take-Off угол 67,5 °
Альфа угол 0 °
Угол рассеяния 135 °
Труба к образцу 33,9 мм
Пример-на-детектор 15,9 мм

Таблица 2. При использовании MP1 пластина монтажа с РФА-FP программное обеспечение, ввести эти значения в диалоге настройки геометрии.

Элементы, линий и межэлементных поправки

Включает в себя полный поправок на поглощение и оба толстые и тонкие пленки вторичной флуоресценции. Все возможные направления считаются для возбуждения и флуоресценции. Анализ может проводиться для всех элементов из H через Fm, используя K, L и M линий в диапазоне энергий от 0,1 кэВ до 60 кэВ.

Обработка спектра

Спектр калибровки

Используя известные пики в спектре, программное обеспечение вычисляет эффективное усиление (эв / канал) и смещение (сдвиг нуля) для спектрометра. Эти факторы применительно к последующим спектра до другого обработки спектра. Калибровка может быть указан в РФА-FP программное обеспечение или в программном обеспечении ADMCA. РФА-FP может автоматически импортировать калибровки ADMCA.

Удаление фона и пустые вычитание

Модуль удаление фона используется итеративный фильтрации выделить пики, оставив smoohtly различного спектрального фона. На этом фоне удаляется из исходного спектра, оставляя пики.

Пустой модуль вычитания используется для удаления пика из-за экологических помех или загрязнения. Эти пики не из-за материала в образце, но и в спектрометр, например Ar в воздухе или в Аль-фильтры или Pb в защиту пользователя. Этот модуль вычитает спектр приобрела у "белых" справочного материала, т.е. одно без элементов для анализа.

 

Рисунок 6. Оригинальный спектр фона до удаления.

Рисунок 7. Обработано спектра и фона. Синяя кривая это удалить фон.

Побег пик и пик Сумма удаление

Удаление, по выбору пользователя, как детектор эвакуации и сумма (скопления) пики. Moudle побег пик использует внутренние функции оценить долю рентгеновского событий (над краем K), который будет генерировать К х-лучи, которые могут выйти из передней или задней стороне детектора. Включает в себя параметры для Si и CdTe.

Рисунок 8. Участок показывает вольфрама (W) рентгеновской трубки выходного спектра, принятых с CdTe детектора после обработки для удаления побега событий. Серая линия показывает исходный спектр. Зеленый след иллюстрирует выход событий в оригинальном спектра. Они вычитаются из этого оригинального спектра, то правильная энергия вычисляется (путем добавления в энергии, которые бежали). Красная линия показывает исправлены побег событий, которые затем суммируются с серый след. Темный черный след показывает конечный результат обработки с событиями в их правильном каналов.

Сглаживание

Указанное количество 1:02:01 разглаживает Гаусса может быть применен к спектру.

Деконволюции: интенсивность добычи

Этот модуль работает на обработанных спектр для извлечения чистой интенсивности пиков для выбранных элементов. Она включает в себя несколько вариантов. Во-первых, площади пиков вычисляются с использованием одного из трех способов: (1) простой интеграции пика через фиксированную область интересов, (2) установка Гаусса к вершинам, используя известную базу данных линию отношений и пиковой энергии и т.д. и (3) ссылка деконволюции, который использует хранятся профили для каждого элемента, чтобы соответствовать пиков. Во-вторых, спектр фитингов можно сделать либо с помощью линейного или nonliear подход. Как использовать метод наименьших квадратов. В линейный монтаж, пик отношений, энергий и ширин фиксированы. Этот метод, как правило, очень быстро. В нелинейной аппроксимации, эти параметры могут изменяться в определенных ограничений. Этот метод намного более интенсивными вычислениями.

Все необходимые силы и резолюций линии рассчитываются автоматически с указанной линии аналита. Установка гауссовский пик может быть сделано с линейным или нелинейным методом наименьших квадратов подход.Последний позволяет ограничены изменения в положения пиков, внутри серий соотношение линии и ширины пиков от их номинальной отправной точки.

В дополнение к вычислению элементарных интенсивности, программа автоматически рассчитывает оценкам неопределенности и фоновых значений, которое позволяет неопределенности и минимальный предел обнаружения (MDL) расчеты должны быть выполнены в ходе анализа FP.

Автоматическая Peak / Элемент ID

Есть два варианта:

С помощью приложения Amptek ADMCA, пользователь может автоматически отмечать пики (трансформирования) для анализа. Если соответствующий элемент библиотеки загружаются в ADMCA программное обеспечение будет связывать заметное пики элементов. Соответствующие элементы могут быть автоматически импортированы в РФА-FP элемент таблицы.

С помощью РФА-FP интерфейс с Спектра-X, программа анализирует спектр и присваивает наиболее вероятно элементов и линий каждая из которых определяется пик, и собирает полный перечень возможных элементов в спектре.

MLSQ

Калибровка по методам фундаментальных параметров проходит с использованием нескольких стандартных путей и различные дополнительные модели регрессии для уточнения коэффициентов ФП-калибровки.

Окно спектров

В дополнение к ADMCA, Spectra-X модуль отображает полученные или обработанные спектры. Можно сравнить до 8 спектров. KLM-маркеры для идентификации пиков и различных другие инструментов доступны для добавления текста и линий на экран.

 

Рис. 11. Дисплей Spectra-X, отображающий маркеры элементов.

Расширенное описание

Есть только два шага в РФА ли не основной параметр (FP) метод. Первым шагом для калибровки функции отклика для каждого элемента из одного или нескольких стандартов (так называемая "Калибровка" шаг). Второй шаг заключается в подготовке анализа проб из данного материала, используя ранее сохраненные калибровочные коэффициенты, а FP алгоритмов, заданных определение образца (то есть, количество слоев, а также, какие элементы, в которых слои).

Программа будет поддерживать одного слоя или композиции масса и толщина анализ до 40 элементов, рассчитанных либо элементов и / или соединения. До 4-х или более возбуждение "условия", допускается в анализе.Каждое условие описывает отдельного анализа, и может быть свободно определены с любым сочетанием экспериментальных условиях, например, кВ, труба анода, фильтр, фильтр детектора, охраны окружающей среды (воздух, вакуум, He) и приобретение времени. Это позволяет аналитику для оценки некоторых элементов с одним условием, а другие совершенно по-разному, например, что каждый анализ может быть оптимизирована для конкретного элемента или группы элементов. Кроме того, шаги обработки спектров может быть свободно определены, и все части установки кода состояния.

Программное обеспечение FP анализа будет поддерживать одного или нескольких стандартная схема калибровки, или полностью безэталонного анализ, если трубка, детектор, экологических и геометрические параметры известны. Калибровочные стандарты должны быть переданы по одному и слияние информации стандартной калибровки обрабатывается внутри. После каждого шага калибровки, набор калибровочных коэффициентов и связанной с ними информации для каждого из определенных элементов вернулся, которые можно сразу использовать, если только один стандарт применяется. При использовании нескольких калибровочных стандартов, все коэффициенты будут объединены в один набор, а затем этот последний набор доступен для последующего количественного анализа.

Толщина слоя должна быть установлена для безэталонного анализа. Результаты могут быть нормированы на любое значение, и должны быть нормализованы для безэталонного анализа или при толщине слоя рассчитывается.Элементов (или соединений) может быть рассчитана, фиксирована, или определяется по разности. Элементы могут быть определены по стехиометрии из соединения формулы. Состав результаты могут быть вычислены в единицах Вт%, или на минуту, а для тонких пленок, такие подразделения, как и ug/cm2 мг/см2 используются для массовой толщины. Последние могут быть преобразованы в толщину (микрон, микродюймов, нм, и т.д.), если известна плотность. Плотности могут быть введены или дополнительно рассчитаны теоретически.

Все соответствующие расчеты FP изготавливаются как в процессе калибровки и количественный, используя расчеты, основанные на уравнении Шерман. Труба спектра, необходимого для прямой флуоресценции расчетам, могут быть предоставлены пользователем или вычисляется из встроенных моделей (Эбель, Пелла и соавт.). Эти трубки спектры могут быть свернут с экспериментальными функциями передачи получить ожидаемый спектр труб, проходящих через оптический таких как поликапиллярного расслоения. Наличие путей воздуха также будет рассчитана из входных параметров геометрии для источника и детектора пути. Одним элементом фильтры также могут быть вставлены между трубой и образца или между образцом и детектором, и программное обеспечение могут разместиться одновременно.

Детектор параметров (окно, толщина, площадь и т.д.) также будут использоваться для расчета различных эффектов поглощения и эффективности, когда рентгеновские лучи проходят через окно и получить на хранение в детектор материала. Это только строго необходимые при выполнении безэталонного анализа, но расчет всегда делается таким образом, для последовательности, и, чтобы облегчить сравнение калибровочные коэффициенты между элементами. Если теория была совершенно все калибровочные коэффициенты будут иметь то же значение. На практике различия должны быть относительно небольшими, особенно в сравнении с коэффициентами, не в полной мере компенсировать эффективность детектора. Обычно при калибровке элементов, которые все используют тот же ряд линий (например, К), коэффициент вариации малы (<30%), но часто больше при калибровке от смешанных линий (например, K и L), потому что это трудно сделать абсолютная расчеты, которые включают информацию линия серии (например, выхода флуоресценции).

Не стоит собирать чистый элемент для анализа спектров ФП, как нет прямого ratioing необходима для элементарного интенсивности. Расчет делается таким образом, чтобы сделать его легче сделать безэталонного анализа.Конечно, можно использовать чистый элемент стандартов при желании, и полная калибровка FP может быть сделано таким образом, без всяких "типа" стандартов, используемых на всех. Это полезно, если аналитик не имеет тип стандарты доступны.

Как прямые, так и вторичной флуоресценции эффекты учитываются в расчетах FP. Включенных в базу данных FP все необходимые параметры для расчета или отозвать коэффициенты поглощения, флуоресценции дает, прыгать факторов, Костера-Кронига переходы, линии энергии, линия отношений, вероятности переходов и т. д.

Программа состоит из главного окна программы, которая предоставляет пользователю интерфейс. Она работает на стандартных ПК (Windows XP и выше), по крайней мере 256 Мб RAM памяти. РФА-FP программное обеспечение полностью совместим и интегрирован с дисплеем Amptek ADMCA и приобретение программного обеспечения. Она также может непосредственно управлять всей электроникой Amptek предоставить авто / повтор / непрерывный режим работы.

Полная система включает XRF

    • Спектрометр X-123

    • Детектор Мини-X с управлением по USB

    • Программное обеспечение для РФА-анализа

    • Монтажную плиту MP1

Прочитано 803 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что Вы ввели всю требуемую информацию, в поля, помеченные звёздочкой (*). HTML код не допустим.

О нас

ООО "Техноаналитприбор" - научно-производственная компания, специализирующаяся на внедрении и сопровождении оборудования для определения элементного состава руды на потоке для горнообогатительных предприятий.