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分享:电子探针线分析定量化方法对比

2023-03-03 13:28:37 

于凤云,李春艳,刘晓英,邹龙江

(大连理工大学 材料科学与工程学院,大连 116024)

摘 要:电子探针(EPMA)线分析定量化方法包括数据库法标准样品法待测样品两点法用电子探针对电沉积 Fe-Zn合金进行线分析及定量点分,线的结果,分析了定量化结果产生偏差的原因结果表明:, 且不受人为因素影响,该结果可供参考标准样品法定量化适用于主量元素,而对于原子序数较小 的少量元素则会产生较大偏差待测样品两点法考虑了待测样品的基体效应,其定量化结果与定 量点分析结果吻合度高,可作为线分析定量化的首选方法

关键词:电子探针;线分析;定量化;定量点分析 中图分类号:TG115 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2021)02-0021-04

电 子 探 针 (electron probe micro-analyzer, EPMA)采用波谱仪(WDS)样相 互作用产生的特征 X射线波峰的,而对试样 中的特定元素进行点线面分析[1-4]目前电子针最常用的功能包括定性半定量分析定量点分析定性线分析和面分析等线分析通过确定待测元素 的特征 X 射线波长,将波谱仪固定在相应测量位 ,使子束沿定路,[5-6]线线待测元素在某一直线方向上的含量变化,在金属材 料研究领域具有广泛的应用[7-8],越来越多的学者开 始关注线分析定量化的结果目前,线分析定量化 结果经常出现偏离真实含量值的现象,对元素含量 的准确分析造成困扰笔者以电沉积 Fe-Zn合金薄 片为例,分别采用数据库法标准样品法和待测样品 两点法对线分析进行定量化,并与定量点分析结果对比,探讨定量化偏差产生的原因及不同转换方法 的适用性,为电子探针的进一步推广应用提供参考

1 试验方法

1.1 样品制备

采用电沉积法制备试验所需的 Fe-Zn合金,沉积液中含主盐氯化亚铁(253.25g·L -1)(30.63g·L -1),(30.00g·L -1)檬酸钠(5.41g·L -1),,作为可溶性阳20V,0.3A,电沉积时间 10h。电沉积制得的 Fe-Zn 合金薄片在500 下保温30 min以消除内应力将试样切成10mm×10mm 大小,采用SiC砂纸对 试样截面进行研磨抛光,最后对试样抛光面进行喷 碳处理以增强样品导电性,碳膜厚度约20nm。


1.2 检测方法

采用JXA-8530FPlus型场发射电子探针对试样 截面中铁氧元素进行线分析和定量点分析,加速 电压15kV,电子束流10nA。氧元素衍射晶 体分别选用 LiFH,LiFLLED1HL晶体试验中 采用的铁锌和ZnO1。 Fe-Zn合金进行定性线分析和定量点分析, 并通过数据库法标准样品法和待测样品两点法等 3种方法对线分析结果进行定量化1中给出线 分析质量浓度与特征 X射线计数强度关系,I=k×C +B (1) 式中:k 为斜率,表示灵敏度;B 为截距,表示背底; C 为元素质量浓度;I 为元素峰强度由式(1)推导出元素质量浓度 C k B ,C = I-B k (2) 1中直线表明待测元素特征 X 射线的计数 强度I,可以通过k,B 两个校正因子实现定量化线分析定量化方法中,元素浓度值C 由不同的k,B 值计算得出,具体如下(1)数据库法 B=0,k 通过数据库中的已知I 值和C 值计算 ,(2)线I 值定量 化为C ,作简素影(2)标准样品法 首先测取标准样品中元素特征峰计数强度I1 和元C1 I2 背底素含C2=0,(1)k,B,(2)线结果中的I 值进行定量化,获得待 测元C(3)待测样品两点法 首先采用定量测量待测样品中背散射电子图像 不同颜色区域的元素浓度值,线分析定量化某一元 素时,选择该元素浓度差值较大的两个定量点分析 结果作为C1,I1 C2,I2 ,(1)k, B ,然后用(2)线行定量化,计算出元素含量C

2 试验结果

2.1 线分析定量定量点分析

结果对比分析 Fe-Zn合金薄片截面线分析位置,如图2所示通过电子探针分析直线处的铁氧元素含量变化 情况铁元素的数据库法标准样品法待测样品两点 法定量化结果和定量点分析法结果如图3所示于铁元素,待测样品两点法和标准样品法定量化结 果与定量点分析结果一致,数据库法定量化转换后 元素含量偏低

锌元素的数据库法标准样品法待测样品两点 法定量化结果和定量点分析法结果如图4所示于锌元素,待测样品两点法定量化结果与定量点分 析结果一致,数据库法和标准样品法定量化结果数 值与定量结果差别不大,基本一致

氧元素的数据库法标准样品法待测样品两点 法定量化结果和定量点分析法结果如图5所示于氧元素,待测样品两点法和定量点分析结果一致, 标准样品法定量化结果偏低,数据库法定量化结果 偏高,可见数据库法和标准样品法定量化结果都偏 离定量点分析结果

2.2 线分析定量化结果讨论

ZAF法定量点分析是电子探针微区成分分析 的常规测试方法,适用范围广[9-10]分析元素含量时通过测试标准样品和待测样品计数强度值,计算 得到待测样品相对质量浓度 KA,KA = I UNK A I STD A ×C S A TD (3) 式中:I U I S A NK A 元素在待测样品中的计数强度值, TD A A 数强度值,C S A TD A 素在若待测样品与标准样品物质相同,元素质量浓 CA=KA但在实际测试中,很难找到与待测样 品完全一致的标准样品,标准样品与待测样品存在 差异导致CA KA 之间存在一定偏差,这种影响 称为基体效应基体效应是线分析不同定量化方法 所得结果与定量结果的偏差产生的主要原因在基 体效应影响下,待测元素的真实质量浓度CA 可通 ZAF校正获得,CA =Z·A·F·KA (4) 式中:Z 为原子序数修正因子,用其来计算每个电子 在待测样品与标准样品中产生的光子数之比;A 吸收因子,其是描述在待测样品与标准样品中 X 线损失之比;F 为荧光修正因子,排除二次荧光产生 的信号线分析结果定量化过程,数据库法和标准样品 法没有经过ZAF修正,以在中不免的存在偏差而主量元素品法结果与定量点分析结果吻合较好,是因为待测样品 中主量元素铁与标准样品成分比较接近,基体效应 影响较小;而同为含量较低的少量元素锌和氧,锌元 素数据库法和标准样品法定量化更接近定量点分析 结果,这是因为在 ZAF 修正因子中,吸收因子λ 影响最为显著,而吸收因子λ 对原子序数小的元素 影响更加显著因此,锌元素数据库法定量化结果 与定量点分析结果基本一致;而由于待测样品中氧 元素含量少且原子序数小,所以数据库法和标准样 品法定量化结果都偏离定量点分析结果待测样品 两点法结果虽然没有直接对线分析结果进行 ZAF 修正,但是在计算 A,B 校正因子过程中选用的待 测样品定量点分析结果已经进行了ZAF修正,所以 待测样品两点法结果与定量分析结果吻合度更高


3 结论

电子探针定量点分析可以通过多点测量某一条 线上元素含量的变化,其特点是结果准确但效率低电子探针线分析定量化方法中,数据库法操作简单易掌握,且不受人为因素影响,定量化结果可供参 ;标准样品法更适用于主量元素的定量化,原子序 数较小的少量元素在定量化中则受基体效应影响易 导致偏差;待测样品两点法定量化能够充分考虑基 体效应的影响,结果准确,可作为电子探针线分析定 量化的首选方法

来源:材料与测试网