Was ist Röntgen-Mikroanalyse?
Das Elektronenmikroskop (EM) kann nicht nur Bilder für die optische Untersuchung liefern, sondern auch Informationen über die elementare chemische Zusammensetzung einer Probe. Die dabei angewandte Methode ist die Röntgen-Mikroanalyse. Die von der Probe erzeugten Röntgenstrahlen geben Auskunft über die chemische Zusammensetzung der Probe, denn jedes chemische Element liefert charakteristische Röntgenlinien (sogenannte Peaks im Spektrum, mittels derer es identifiziert werden kann).
Röntgen-Mikroanalyse und EDS-Systeme
EDS ist die Abkürzung für: Energie-Dispersive Spektrometrie. Das heißt, dass bei der EDS die von der Probe erzeugten Röntgenstrahlen spektral zerlegt und analytisch ausgewertet werden. Durch die EDS lässt sich die chemische Zusammensetzung der Probe weitgehend bestimmen.
Physikalische Grundlagen
Trifft ein Elektronenstrahl auf Materie - die Probe - so entsteht beim Abbremsen der Elektronen eine Vielzahl von Wechselwirkungen. Für die Mikroanalyse sind zwei Mechanismen, welche Röntgenstrahlen erzeugen, von Bedeutung. Durch das Ablenken von Elektronen in den elektrischen Feldern um die Atomkerne werden Röntgenquanten aller Energien (Kontinuum) erzeugt. Da dieses Kontinuum mit dem Abbremsen der Elektronen zusammenhängt, wird es Bremsstrahlung oder Bremskontinuum genannt.
Wird jedoch die Energie eines eintretenden Strahlelektrons dazu benutzt, ein Elektron aus der Atomhülle herauszureißen, d.h. das Atom zu ionisieren, so sendet dieses Atom beim Besetzen des vakanten Elektronen-Platzes ein Röntgenquant charakteristischer Strahlung aus. Je nachdem, in welcher Schale die Ionisation stattgefunden hat, spricht man von K-, L- oder M-Strahlung.
Geräteaufbau und Wirkungsweise
Das Herzstück eines EDS-Systems ist der Detektor. Heute werden ausschließlich Siliziumdetektoren verwendet. Dabei handelt es sich um ein Silizium-Einkristall von 3,5 mm Durchmesser und ca. 3 mm Dicke
Wirkungsweise eines EDS-Geräts
Die zu messende Röntgenstrahlung erreicht den Detektor durch ein dünnes Berylliumfenster. Dringt nun ein Röntgenquant in den Detektor ein, so wird normalerweise die Energie des Röntgenquants an ein Elektron übergeben. Dieses Elektron, Photoelektron genannt, legt im Kristall eine bestimmte Weglänge zurück und erzeugt beim Durchdringen des Kristalls freie Elektronen und positive Ionen. Diese Elektronen-Ionenpaare stellen eine Ladung dar. Die im Detektor erzeugte Ladung ist proportional zur Energie des Röntgenquants.
Die gesamte Auswerte-Elektronik, die dem Detektor folgt, ist darauf ausgerichtet, die im Detektor erzeugten Ladungsmengen zu verstärken und gemäß der Ladung (Energie des Photons) abzuspeichern und später zu verrechnen.
Weitere Einsatzmöglichkeiten des EDS-Systems
Wird die Analyse nicht auf einen Punkt beschränkt, sondern längs einer Linie durchgeführt, so spricht man von Linescan. Bei einem Linescan wird normalerweise nur die Intensität der Elemente und nicht die Konzentration angegeben. Wird die flächenhafte Verteilung eines Elements aufgezeichnet, so spricht man von einem Verteilungsbild.