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如何自檢EDS定量準确性?

發布日期:2019-05-29 00:00

Hi,大家好,我是牛津儀器小記者“小Q”,從今天開始小Q會采訪我們牛津儀器的專家,聊一聊他們對相關領域的見解或經驗,以期幫助大家更好地使用牛津儀器的各類産品喲!

EDS技術近年來發展迅速,不斷湧現的新硬件軟件系統,不僅大大提高了分析速度也提供了更靈敏的分析精度。但是對于定量,人們通常會有這麼一個疑問:我怎麼知道我的結果是否可信呢?今天我們就來采訪納米分析部EDS産品經理,Simon Burgess 博士,看看他日常是怎麼做的呢?


小QSimon你好,歡迎來到我們今天的牛津儀器小課堂。

Simon:小Q,你好。

小Q:我們有很多用戶表示能譜定量操作很簡單,但是怎麼知道這個定量結果是可靠的呢?偏差有多大呢?您有什麼建議呢?

Simon:其實這個問題并沒有統一的答案,因為不同樣品所采用的條件是不同的。但是,我們确實可以通過簡單的三步操作來了解自己EDS系統定量的誤差範圍,這也是我每碰到一個新系統時所做的前續工作。

小Q:能跟我們詳細分享一下麼?

Simon:好的。以一個常規定量為例說明,首先,選擇标樣,最佳的标樣是與待測樣品相近的樣品,如果沒有标樣,我們可以尋找一些固定組分的樣品,如鋼渣,就像這張圖一樣。

Simon:鋼渣中含有多種不同組分的尖晶石相,而尖晶石的組分都是固定的AB2O4形式。其中A是二價陽離子,如Fe、Mg、Mn、Zn等;B是三價陽離子,如Cr、Al等。這就意味着其中O含量是固定的57.1 at.%,二價陽離子和三價陽離子含量分别為14.3 at.%和28.6 at.%。在任何系統中對該樣品進行定量分析就可以大緻了解該系統的性能以及利用它在某一條件下對礦物、陶瓷、鋼鐵等樣品定量的誤差範圍。

Simon:第二步就是對EDS系統性能的檢測。首先使用常規的電壓、但較低的計數率來對系統的狀态進行檢測,這就需要選用20 kV和長處理時間。

小Q:此時對束流或者計數率、時間等有要求麼?

Simon:是有的。對于不同的探頭,所需要的時間是不同的。如果使用的是Ultim Max系列的大面積能譜,即使在1nA的束流密度下,輸出計數率可達到50,000cps,總采集時間10 s就足夠了。

Simon:以下就是使用以上條件對鋼渣樣品中的富Cr和富Al的兩種尖晶石相的成分(原子百分比)及三價、二價陽離子的總含量(B3+,A2+)。原子比非常接近理想的AB2O4,這證明該EDS系統在常規條件下進行定量分析的結果誤差很小。

小Q:如果此時發現原子比嚴重偏離了理想值呢?

Simon:在确保标樣成分正确的前提下,那就需要尋找原因了,比如樣品的傾斜角是不是設置錯誤,比如譜峰是否偏移了。

小Q:樣品傾斜角設置很多人都知道了,一定要跟實際傾斜角一緻,那麼譜峰偏移呢?

Simon:如果日常使用場發射電鏡,實驗室溫濕度起伏不大,通常不會出現明顯譜峰偏移,但是對于使用鎢燈絲電鏡的,我們還是建議每次換燈絲後進行以下能量校準。

小Q:那大家如何知道何時該進行能量校準呢?

Simon:當自動标定譜圖時出現一些本不存在于樣品中的元素,且該元素峰位與樣品元素的峰位相近時,就該考慮是不是譜峰偏移了。其實還有一個非常簡單的自檢方法,放入純金屬塊,采集譜圖,觀察實測譜圖與拟合譜圖是否能夠很好的匹配,如果匹配很好就證明譜峰位置正常,如果略有偏差,就該進行能量标定了。

小Q:好的,明白了。相信到此為止,我們已經可以進行常規的定量了,那最後一步又是什麼呢?

Simon:最後一步是為了提高效率的。

小Q:啊,的确。如果需要打很多點,勢必需要提高效率。那怎麼提高效率呢?

Simon:通常通過增加束流、減小處理時間來實現。

小Q:那增加束流、減小處理時間會影響定量的結果麼?

Simon:這就是第三步要驗證的問題,樣品在大束流、短處理時間下定量結果會變麼?是否還屬于可接受範圍?

Simon:對于上面這個鋼渣樣品,增加束流,使用處理時間2,使輸出計數率達到320,000cps(對于Ultim Max100,此時束流仍低于10nA),采集一個譜圖的時間隻需不到2s。其定量結果顯示如下表,與理想化學式AB2O4仍然高度吻合。那麼,這樣的結果是否足夠好呢?這取決于您所需要的定量精度。

小Q:那是不是意味着所有的EDS系統,所有樣品都可以用那麼短的處理時間來進行定量呢?

Simon:并不是的。首先,必須要有非常靈敏、低噪音的探頭,再搭配快速的穩健的譜圖處理器才可以。Ultim Max探頭和X4處理器采用的技術提高了大信号量下的和峰修正能力,因此才可以在高至400,000cps下進行準确定量。其次,涉及到輕元素的定量應該更謹慎,可以自己嘗試一下用這個方法看看待測輕元素的定量誤差。

小Q:好的,明白了。

Simon:完成以上三步,如果AutoID和定量結果都與預期一緻,那就可以對待測樣品進行後續分析了,這包括了定量、TruMap、PhaseMap等。這些功能給出正确結果的前提是EDS系統穩定、譜圖處理工作正常。

Simon:可以将這三步應用于所有的樣品、所有的條件檢測中。例如,将面分布圖中重構的面總譜圖用于定量,結果可靠麼?或者,降低電壓以增加空間分辨率時定量結果如何?試着更了解自己的EDS系統儀器,掌控它,以提供更高效、更準确的能譜分析。

小Q:好的,謝謝Simon的經驗分享。

Simon:非常榮幸。

相信通過Simon的分享,大家已經躍躍欲試了,那麼我們趕快去實驗一下吧。

我們下期小課堂再見!


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