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如何自检EDS定量准确性?

发布日期:2019-05-29 00:00

Hi,大家好,我是牛津仪器小记者“小Q”,从今天开始小Q会采访我们牛津仪器的专家,聊一聊他们对相关领域的见解或经验,以期帮助大家更好地使用牛津仪器的各类产品哟!

EDS技术近年来发展迅速,不断涌现的新硬件软件系统,不仅大大提高了分析速度也提供了更灵敏的分析精度。但是对于定量,人们通常会有这么一个疑问:我怎么知道我的结果是否可信呢?今天我们就来采访纳米分析部EDS产品经理,Simon Burgess 博士,看看他日常是怎么做的呢?


小QSimon你好,欢迎来到我们今天的牛津仪器小课堂。

Simon:小Q,你好。

小Q:我们有很多用户表示能谱定量操作很简单,但是怎么知道这个定量结果是可靠的呢?偏差有多大呢?您有什么建议呢?

Simon:其实这个问题并没有统一的答案,因为不同样品所采用的条件是不同的。但是,我们确实可以通过简单的三步操作来了解自己EDS系统定量的误差范围,这也是我每碰到一个新系统时所做的前续工作。

小Q:能跟我们详细分享一下么?

Simon:好的。以一个常规定量为例说明,首先,选择标样,最佳的标样是与待测样品相近的样品,如果没有标样,我们可以寻找一些固定组分的样品,如钢渣,就像这张图一样。

Simon:钢渣中含有多种不同组分的尖晶石相,而尖晶石的组分都是固定的AB2O4形式。其中A是二价阳离子,如Fe、Mg、Mn、Zn等;B是三价阳离子,如Cr、Al等。这就意味着其中O含量是固定的57.1 at.%,二价阳离子和三价阳离子含量分别为14.3 at.%和28.6 at.%。在任何系统中对该样品进行定量分析就可以大致了解该系统的性能以及利用它在某一条件下对矿物、陶瓷、钢铁等样品定量的误差范围。

Simon:第二步就是对EDS系统性能的检测。首先使用常规的电压、但较低的计数率来对系统的状态进行检测,这就需要选用20 kV和长处理时间。

小Q:此时对束流或者计数率、时间等有要求么?

Simon:是有的。对于不同的探头,所需要的时间是不同的。如果使用的是Ultim Max系列的大面积能谱,即使在1nA的束流密度下,输出计数率可达到50,000cps,总采集时间10 s就足够了。

Simon:以下就是使用以上条件对钢渣样品中的富Cr和富Al的两种尖晶石相的成分(原子百分比)及三价、二价阳离子的总含量(B3+,A2+)。原子比非常接近理想的AB2O4,这证明该EDS系统在常规条件下进行定量分析的结果误差很小。

小Q:如果此时发现原子比严重偏离了理想值呢?

Simon:在确保标样成分正确的前提下,那就需要寻找原因了,比如样品的倾斜角是不是设置错误,比如谱峰是否偏移了。

小Q:样品倾斜角设置很多人都知道了,一定要跟实际倾斜角一致,那么谱峰偏移呢?

Simon:如果日常使用场发射电镜,实验室温湿度起伏不大,通常不会出现明显谱峰偏移,但是对于使用钨灯丝电镜的,我们还是建议每次换灯丝后进行以下能量校准。

小Q:那大家如何知道何时该进行能量校准呢?

Simon:当自动标定谱图时出现一些本不存在于样品中的元素,且该元素峰位与样品元素的峰位相近时,就该考虑是不是谱峰偏移了。其实还有一个非常简单的自检方法,放入纯金属块,采集谱图,观察实测谱图与拟合谱图是否能够很好的匹配,如果匹配很好就证明谱峰位置正常,如果略有偏差,就该进行能量标定了。

小Q:好的,明白了。相信到此为止,我们已经可以进行常规的定量了,那最后一步又是什么呢?

Simon:最后一步是为了提高效率的。

小Q:啊,的确。如果需要打很多点,势必需要提高效率。那怎么提高效率呢?

Simon:通常通过增加束流、减小处理时间来实现。

小Q:那增加束流、减小处理时间会影响定量的结果么?

Simon:这就是第三步要验证的问题,样品在大束流、短处理时间下定量结果会变么?是否还属于可接受范围?

Simon:对于上面这个钢渣样品,增加束流,使用处理时间2,使输出计数率达到320,000cps(对于Ultim Max100,此时束流仍低于10nA),采集一个谱图的时间只需不到2s。其定量结果显示如下表,与理想化学式AB2O4仍然高度吻合。那么,这样的结果是否足够好呢?这取决于您所需要的定量精度。

小Q:那是不是意味着所有的EDS系统,所有样品都可以用那么短的处理时间来进行定量呢?

Simon:并不是的。首先,必须要有非常灵敏、低噪音的探头,再搭配快速的稳健的谱图处理器才可以。Ultim Max探头和X4处理器采用的技术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下进行准确定量。其次,涉及到轻元素的定量应该更谨慎,可以自己尝试一下用这个方法看看待测轻元素的定量误差。

小Q:好的,明白了。

Simon:完成以上三步,如果AutoID和定量结果都与预期一致,那就可以对待测样品进行后续分析了,这包括了定量、TruMap、PhaseMap等。这些功能给出正确结果的前提是EDS系统稳定、谱图处理工作正常。

Simon:可以将这三步应用于所有的样品、所有的条件检测中。例如,将面分布图中重构的面总谱图用于定量,结果可靠么?或者,降低电压以增加空间分辨率时定量结果如何?试着更了解自己的EDS系统仪器,掌控它,以提供更高效、更准确的能谱分析。

小Q:好的,谢谢Simon的经验分享。

Simon:非常荣幸。

相信通过Simon的分享,大家已经跃跃欲试了,那么我们赶快去实验一下吧。

我们下期小课堂再见!


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