Применение лазерного микроспектрального анализа в технологии электронных приборов и медицинской диагностике

• Автор: Сурменко, Елена Львовна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Глава 1. Лазерный эмиссионный микроспектральный анализ

(обзор теоретических положений и экспериментальных данных)

1.1. Эмиссионный спектральный анализ. Общие положения

1.1.1. Основные термины и характеристики

1.1.2. Интенсивность и форма спектральных линий

1.1.3. Стандартные образцы и аналитические пары линий. Эталонирование при количественном анализе

1.2. Взаимодействие лазерного излучения с материалом

1.2.1. Нагрев материала лазерным излучением (ЛИ)

1.2.2. Лазерное испарение материала

1.2.3. Разлет лазерной эрозионной плазмы и основные процессы, происходящие в ней

1.2.4. Лазерное испарение пленок

1.3. Параметры лазерного источника возбуждения спектров
для эмиссионного анализа
1.3.1. Выбор режима работы лазерного источника
возбуждения спектров
1.3.2. Выбор энергетических характеристик излучения
1.3.3. Выбор длины волны лазерного излучения
1.3.4. Выбор режима фокусировки лазерного излучения
1.4. Технологии, аппаратура и программное обеспечение, применяемые для лазерного эмиссионного
микроспектрального анализа
Глава 2. Экспериментальные исследования.
Методика и оборудование
3.1. Экспериментальная установка
3.2. Создание экспресс-атласа спектров лазерного источника. Оценка

воспроизводимости лазерного и дугового методов анализа
Глава 3. Физические особенности применения лазерного микроспектрального анализа в области электронной техники
3.1. Методика анализа монолитных сплавов
3.2. Методика анализа пленок и напылений
3.2.1. Исследование поверхностного обезжиривания металлов
3.2.2. Исследование многослойных покрытий
3.3. Методика анализа микровключений и частиц
Глава 4. Физические особенности применения лазерного микроспектрального анализа в области биомедицины
4.1. Эталонирование при количественном анализе биологических объектов. Метод виртуальных эталонов
4.2. Анализ костных опухолей
4.3. Комплексный спектральный анализ волос
4.4. Анализ тканей зуба
4.4.1. Исследование кариозных изменений в эмали зуба
4.4.2. Исследование зубного камня
4.4.3. Исследование дентальных имплантатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ: программа ЗресЩап, фрагменты атласа спектров

Актуальность проблемы. Современная наука и техника не могут обходиться без знания состава веществ, которые являются объектами деятельности человека. Основные требования, предъявляемые к методам анализа материалов, — это точность, воспроизводимость и высокая экспрессность. Поскольку чисто химические методы не всегда отвечают этим требованиям, широкое внедрение получили физические и физико-химические методы. Среди этих методов одно из главных мест занимает лазерный спектральный анализ, в частности, прямой атомный эмиссионный микроспектральный анализ.
Благодаря высокой степени локальности пробоотбора большинство лазерных методов анализа позволяют исследовать малые количества вещества, поэтому лазерный спектральный анализ принято называть микроспектраль-ным. Лазерные методы спектрального анализа делятся на флуоресцентные, абсорбционные (по спектрам поглощения), эмиссионные (по спектрам испускания), масс-спектрометрические, методы рассеяния, метод индуктивно связанной плазмы и их разнообразные модификации.
Суть метода лазерной флуоресценции заключается в возбуждении молекул пробы в поле резонансного для них излучения и последующей регистрации флуоресцентных фотонов, излучаемых при спонтанном распаде возбужденных уровней.
Анализ по спектрам рассеяния разделяют на два метода — по рассеянию Рэлея и Ми и по комбинационному рассеянию (КР). В первом случае анализ производится по спектрам обратного рассеяния, при котором длина волны и соответственно частота рассеянного света совпадает с длиной волны падающего излучения. Комбинационное же рассеяние приводит к появлению дополнительных частот, соответствующим переходам между колебательным и вращательным уровнем молекулы исследуемого вещества.

V

60 E/En
Рис. 1.6. Зависимость задержки момента плазмообразования г (не) от превышения энергии импульса значения Еп [24]
1.3.3. Выбор длины волны лазерного излучения
Изменение коэффициента поглощения паров под действием лазерного импульса делает зависимым от длины волны лазерного излучения количество поглощаемой образцом энергии, которое определяет не только температуру, но и массу испаряемого вещества [52-53]. В случае воздействия на мишень коротковолнового (УФ) излучения за счет низкого коэффициента поглощения плазмы не происходит полной экранировки поверхности, т.е. процессы нагрева мишени и ее испарение за счет лазерного излучения не прекращаются с образованием плазмы и, следовательно, энергия лазерного излучения расходуется на нагрев большей массы. По данным [54], в спектральном излучении плазмы, создаваемой на металлических мишенях коротковолновым излучением эксимерного лазера (А,=0,308 мкм) при <у=5• 109 Вт/см2, присутствуют в основном линии атомов и однократных ионов вещества мишени; в то время как плазма, создаваемая неодимовым лазером (А=1,06 мкм) при меньшей плотности мощности, содержит 4- и 5-кратные ионы, т.е. температура такой плазмы значительно выше.