PIXE

Z Enpedie
Přejít na: navigace, hledání
Obr. 1: Princip ionizace atomů

Metoda PIXE (Particle Induced X-ray Emission, částicemi indukované záření X) patří do souboru nedestruktivních analytických metod aplikovaných pro stanovení chemického složení povrchových vrstev vzorků. Síla analyzované vrstvy je úměrná energii záření, typu vzorku a požadavkům na analýzu. Jako částice se zpravidla používají protony o energii 1-4 MeV, výjimečně částice alfa (o vyšší energii) nebo i těžké ionty. Principiálně je metoda ekvivalentní rentgen-fluorescenční (rtf) technice založené na excitaci elektronů z vnitřních elektronových drah (K, L,..) atomů elektrony emitovanými rentgenovou trubicí nebo zářením beta. Princip ionizace atomů experimentálního uspořádání je znázorněn na obr. 1.

Obr. 2: Účinný průřez ionizace elektronů na hladinách K a L

Bezprostřední návrat elektronu z vyšší energetické hladiny na základní dráhu je doprovázen emisí přesně kvantované energie. Energie záření je charakterická prvku periodického systému, intenzita záření koncentraci prvku. Oproti rtf metodě umožňuje technika PIXE dosáhnout výrazně lepších mezí detekce stanovení v široké oblasti prvků (Na – U – obvykle na úrovni jednotek až desítek ppm). Podobnost mezí detekce prvků periodického systému bezprostředně souvisí s výstupní prací elektronů. Grafické znázornění účinných průřezů ionizace elektronů na hladinách K a L je uvedeno na obr. 2. Tato skutečnost má významné opodstatnění při orientačních (terénních) analýzách. V laboratorních podmínkách se koncentrace prvku ve vzorku zpravidla vyhodnocuje vzhledem ke vzorku ekvivalentním referenčním materiálům. Rovněž technické vybavení je výrazně sofistikovanější a práce se koncentrují do speciálních ústavů (jaderné zaměření, muzea, obrazárny). Přesnost a správnost výsledků stanovení se zpravidla pohybuje na úrovni jednotek procent rel.

Obr. 3: Měření uměleckého díla protonovou sondou

Metoda PIXE nalezla široké uplatnění při analýze práškových vzorků, hodnocení homogenity vzorků, stanovení těžkých kovů ve tkáních, v biologii, při analýzách vzorků živočichů a všude tam, kde je k dispozici malé množství vzorku a požaduje se stanovení širokého souboru prvků s vysokou citlivostí2. Zcela nepostradatelná je zejména v archeologii (střepy porcelánu, kultury pohřebišť, starých zbraní, obrazů 3). Pokud technické možnosti dovolí (rozměry, slučitelnost vzorku s prostředím), provádí se analýza vzorku v evakuované komoře protonového zdroje vybavené jedním nebo více detektory. V ostatních případech se zpravidla svazek protonů vyvádí ze zdroje a vlastní analýzy probíhají za normálního tlaku3. Nevýhodou varianty je pokles citlivosti stanovení či některá omezení. Příklad techniky měření uměleckého díla protonovou sondou je znázorněn na obr. 3.

Zdroje

[1] Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů – interakce iontů s povrchy, část II. (prezentace).
[2] O. Hanzalem: Použití metod PIXE a RBS. Rešeršní práce.
[3] [The Joint Institute for Nuclear Astrophysics], www JIMAweb.org.