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Die Röntgenfluoreszenz

Die Bestimmung der von den Probenatomen aufgrund der Anregung durch die SR ausgestrahlten Röntgenfluoreszenz ist grundlegend für die Berechnung der elementaren Flächenbelegungen oder der Elementgehalte der Probe nach der Methode der fundamentalen Parameter (FPM) [Pan91]. Die zu erwartende Fluoreszenzintensität der Röntgenlinie eines Elementes bei Anregung einer Probe mit monchromatischer Röntgenstrahlung kann mit Hilfe der Sparks-Formel [Spa76] angegeben werden :

Die Sparks-Formel gestattet das Rückrechnen der elementaren Flächenbelegung eines in der Probe vorhandenen Elementes durch die abgestrahlten Fluoreszenzintensitäten der Linien dieses Elementes.

Der hintere, mit bezeichnete Teil der Sparks-Gl. gibt hierbei die durch die betrachtete Röntgenlinie analysierbare Flächenbelegung der Probe unter Berücksichtigung der vorhandenen Absorption und der verwendeten Geometrie an. Für dünne Proben gleicht sich diese Flächenbelegung der unter dem Winkel betrachteten mechanisch vorhandenen an, da hier Absorptionseffekte vernachlässigbar werden. Der Wert strebt für dickere Proben einem festen Grenzwert () entgegen, wodurch die Oberflächensensitivität der Methode festgelegt wird.

Die Berechnung der von der Probe ausgestrahlten Fluoreszenzintensität setzt eine homogene Elementverteilung in der gesamten Probe, eine bekannte Geometrie (glatte Oberfläche) und die Kenntnis des totalen Absorptionsquerschnittes der Probenmatrix voraus. Die erreichbare Genauigkeit der Methode ist mit diesen Annahmen verbunden. Die totalen Absorptionsquerschnitte sind, abhängig vom Element und dem betrachteten Energiebereich, mit einer Genauigkeit von 3% - 5% bekannt [Sto70, Vei73]. Die Röntgenproduktionsquerschnitte setzen sich aus den Ionisationsquerschnitten, Fluoreszenzwahrscheinlichkeiten und Linienverzweigungsverhältnissen zusammen und können, wieder elementabhängig für K-Linien mit 5%, für L-Linien mit 10% Fehler berechnet werden [Sco73, Kra78].

Zur Bestimmung der elementaren Flächenbelegung der Probe werden die experimentell ermittelten Linienintensitäten, die Meßgeometrie und die aus Tabellen stammenden Wirkungsquerschnitte in die Sparks Gl. eingesetzt. Da für ein in der Probe vorhandenes Element oft mehr als nur eine Röntgenlinie ausgewertet werden kann, wird ein möglicherweise überbestimmtes Gleichungssystem aufgestellt. Oft ergeben die schwächeren (z.B. K-- oder L-) Linien eines Elementes aber nur linear abhängige Gleichungen innerhalb ihres statistischen Fehlers und tragen so nur wenig zur Lösung des Gleichungssystems bei.

Der Absorptionsquerschnitt der gesamten Probenmatrix setzt sich aus den Einzelabsorptionen der verschiedenen Elemente in ihren jeweiligen Konzentrationen zusammen, die zuerst noch zu bestimmen sind.

Die Lösung dieses Gleichungssystems erfolgt durch die iterative Suche nach den zu den gemessenen Intensitäten passenden elementaren Flächenbelegungen innerhalb der experimentell vorgegebenen Fehler [Sxn90]. Können nicht alle in der Probensubstanz vorhandenen Elemente durch ihre Fluoreszenzstrahlung nachgewiesen werden, müssen deren elementare Flächenbelegungen anderweitig bekannt sein und fest vorgegeben werden.

Die Berechnung der Fluoreszenzintensität bei Anregung mit dem polychromatischen Spektrum der SR erfolgt durch Integration der Sparks-Formel über die anregende SR. Da die Anregung von Röntgenfluoreszenzstrahlung unabhängig von der Polarisation der SR ist, wird die gesamte auf das Target fallende Intensität unabhängig vom Polarisationsgrad der SR in der FP-Rechnung berücksichtigt.

Als sekundäre Prozesse wird zur Korrektur der Intensitätsberechnung zusätzlich zur Sparks-Gl. das Enhancement, d.h. die Anregung von Röntgenstrahlung durch zuvor im Target selbst produzierte Strahlung in die Rechnung einbezogen. Für L-Schalenstrahlung wird die auf eine K-Schalenanregung meist folgende zusätzliche L-Schalenanregung durch K-L Lochtransfer berücksichtigt. Die Absorption der Fluoreszenzstrahlung durch die Luft zwischen Target und Detektor wird ebenfalls korrigiert.



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