エネルギー分散型X線分析装置(EDS) 簡易マニュアル

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いおりあいきょう
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1 2017/1/30 更新エネルギー分散型 X 線分析装置 (EDS) 簡易マニュアル光電子分光分析研究室連絡先坂入正敏内線 7111 鈴木啓太内線

2 装置使用の前に以下のルールを守って下さい研究室内は土足厳禁飲食厳禁ですゴミはきちんと片づける装置の故障不具合を見つけたらすぐにスタッフに連絡装置を乱暴に扱わない研究室の物を勝手に持ち出したり無くしたりしない貴重品の管理は各自でお願いします長時間部屋から抜ける場合などは研究室の施錠も各自で行う事ステージの移動操作時各装置のステージ位置稼働制限を守りましょう動かし過ぎると試料が検出器にぶつかり故障しますソフトウェアハードウェア上のパラメータなどを変更した場合装置使用後に必ず設定を元に戻す分析装置 PC に直接自分の USB など記録メディアを差し込まない当研究室専用の USB を利用し解析用 PC を経由してデータを取り出す事分析室内に導入するものは全て素手で触らない備品を利用して汚した場合は自分で洗浄する事使用者が予約を取って予約時間通り使用して下さい予約時間からずれ込む場合は予約を事前に変更して下さい深夜早朝祝休日に使用する場合使用中のトラブルは全て貴研究室の責任で対応また学生は装置利用について自分の指導教官に知らせておく事緊急連絡先は研究室入口ドアの横に記載してあります初めて使う方は事前にスタッフに連絡を取って講習を受けて下さいガスの出やすい試料大きすぎる試料壊れやすい試料など分析室真空度を劣化させる試料を勝手に入れない心配な試料は事前にスタッフにご連絡下さい 2

EDS 分析の前に SEM の使用方法については走査電子顕微鏡 (SEM) 簡易マニュアルを参照して下さい EDS 分析を始める 15

を立ち上げます新規プロジェクトを作成するか既存のプロジェクトを呼び出します EDS のデータはプロジェクトという単位で管理されます

サンプルごとに新規プロジェクトを作ってもいいし複数のサンプル群を一つのプロジェクトで扱ってもいいです

3 EDS 分析の前に SEM の使用方法については走査電子顕微鏡 (SEM) 簡易マニュアルを参照して下さい EDS 分析を始める 15 分前までに EDS の電源を On にして下さい EDS 電源 15 分経過後 EDS ソフト Analysis Station を立ち上げます新規プロジェクトを作成するか既存のプロジェクトを呼び出します EDS のデータはプロジェクトという単位で管理されますプロジェクトの中に EDS に取り込んだ SEM 写真と SEM 写真に紐付けされた分析スペクトルのデータが置かれていきます 1 サンプルごとに新規プロジェクトを作ってもいいし複数のサンプル群を一つのプロジェクトで扱ってもいいです測定後はプロジェクトを必ず保存しましょう EDS 解析用 PC 解析用 PCにAnalysis Stationがインストールされています保存したプロジェクトを開いてデータを編集出来ます 3

分析エリアの取り込み EDS 分析を行いたいエリアを Analysis Station 側へ取り込みます

線の量 ) を必要な値まで上げるようビームの加速電圧スポットサイズを変更します目安としてスペクトル分析なら

の値が低いと S/N 比が悪くなりノイズが混じりますその場合測定時間を増やす事である程度解消します

加速電圧の値について各元素の各特性 X 線で励起に必要な加速電圧の大きさが決まっています励起出来ていないと EDS

励起に必要な加速電圧については装置の奥に張ってある周期表ポスターを確認して下さいまた

4 分析エリアの取り込み EDS 分析を行いたいエリアを Analysis Station 側へ取り込みます上げ過ぎです水色にして下さいソフト立ち上げと同時に出てきた SSM 係数率モニタを確認し cps の値 (X 線の量 ) を必要な値まで上げるようビームの加速電圧スポットサイズを変更します目安としてスペクトル分析なら 5000cps マッピングなら 20000cps ぐらい加速電圧 20kV, SS65 ぐらいがベターです cps の値が低いと S/N 比が悪くなりノイズが混じりますその場合測定時間を増やす事である程度解消しますフォーカスやコントラストなどを整えてから画像アイコンをクリックして SEM 像を取り込みます加速電圧の値について各元素の各特性 X 線で励起に必要な加速電圧の大きさが決まっています励起出来ていないと EDS 分析出来ないので注意! 励起に必要な加速電圧については装置の奥に張ってある周期表ポスターを確認して下さいまた加速電圧の強さは試料の中で電子ビームが透過して広がるサイズに効いてきますこれは特性 X 線の発生領域と同等です加速電圧が強いと例え点分析をしていても実際にはその点から深く広く X 線を測定している事になります ( 平均的には 1μm ほど ) 詳しくはポスターの Castaing の式を参照下さい 4

5 スペクトル分析 ( 収集定性 ) 収集アイコンで取り込んだ SEM 像全域の EDS スペクトルを分析します EDS スペクトル停止で終了 EDS 定性結果緑色がメインピークスペクトル取得後スペクトルウィンドウのメニューの定性アイコンでピークの自動定性を行います周期表アイコンで定性元素を確認変更出来ますピンク色が定性した元素周期表のラベルアイコンで選択した元素の特性 X 線のラベリング選択が出来ます全ての種類の特性 X 線がラベル付けされていないので必要に応じて変更して下さい特に強度の小さいピークはラベルを付けないようになっているので不明な微小ピークがあったらここを確認した方がいいです 5

6 スペクトル分析 ( 同定定量 ) スペクトルウィンドウ左下のアイコン類でスケールを変更出来ます自動定性では判別がつかない微小なピークについては自分でピーク同定を行う必要があります不明なピークの位置をマウスクリックして十字カーソルを呼び出し同定アイコンをクリックするとピークのエネルギー位置に特性 X 線を持つ元素の候補テーブルが現れます元素を選んで登録すると定性結果として登録されます定量アイコンで定性した元素の相対定量値の結果を確認出来ます結果の値は出力出来ないのでコピーアイコンでテキストとかに保存して下さい 6

7 スペクトル分析 ( 保存条件 ).emsa でグラフデータ保存.jpg でスペクトル画像保存スペクトルウィンドウメニューのファイルエキスポートでスペクトルデータを出力出来ます定性定量結果をスペクトルに残すにはスペクトルウィンドウ自体を保存してから閉じて下さいスペクトルデータは取込画像に紐付けされ画像を選択した時の下のリストに置かれます取り込んだ画像データやマッピングデータを出力するには画像を選択しメインウィンドウメニューのファイルエキスポートで可能ですサンプル全体を選択すると点分析の位置情報なども合わせて出力出来ます条件アイコンでスペクトル測定の積算時間を変更出来ます X 線の強度が小さい時は長く設定します S/N 比は積算時間のルート倍で向上します時間 4 倍で S/N 比は 2 倍例えば X 線強度が 1/3 に落ち込んでいる時に S/N 比を同等の精度に持ち込むには 9 倍の積算時間を要します条件ではその他連続分析の積算時間や取込画像元素マッピングの画素数マッピングの積算回数プローブトラッキングの間隔など色々変更出来ます変更した場合は終了時に元のパラメータに戻して下さい 7

取込画像から適当な分析位置を指定します測定が長時間に及ぶ or 画像の倍率が高い場合は

像を取込み元の取込画像と比較して位置ズレがあった場合にステージを動かさずビームをシフトさせて元の位置に修正する機能です利用する

8 連続分析連続アイコンでは点分析エリア分析ライン分析を連続で自動取得する事が出来ますスペクトルウィンドウを閉じないと選べませんプローブトラッキングツールから種類を選択し取込画像から適当な分析位置を指定します測定が長時間に及ぶ or 画像の倍率が高い場合はプローブトラッキングを有効にしておくと試料の位置ズレに対応出来ますプローブトラッキングとは EDS 測定中にある一定間隔で SEM 像を取込み元の取込画像と比較して位置ズレがあった場合にステージを動かさずビームをシフトさせて元の位置に修正する機能です利用するには 1. 予めシフトリセットアイコンを押してから SEM 画像を取り込んでおく (SEM マニュアル参照 ) 以降マウスドラッグによる位置移動は行わない 2. 条件アイコンでプローブトラッキングの間隔を指定しておくを行って下さい大体 10μm 程度のズレなら追っかけられます定量にチェックを入れておくと予め周期表で登録した元素の定量も自動で行ってくれて便利です開始をクリックすると測定が順番に行われますライン分析では定量結果を横軸を距離として描く事が出来ます結果を SEM 像に重ねる事も出来ます 8

マッピングする元素を追加したい場合は周期表で登録し ( ピンク色にする ) 再生

つのスペクトルウィンドウでスペクトル収集が行われます一つは取込画像全体のスペクトル

9 元素マッピング ( 測定 ) マップアイコンでは取込画像領域で各元素の強度分布を描く事が出来ます条件アイコンで予めマッピング回数を設定しておいて下さい各元素のマッピングマッピングをスタートすると周期表に予め登録されていた元素のマッピングが行われますマッピングする元素を追加したい場合は周期表で登録し ( ピンク色にする ) 再生アイコンをクリックしますイーグルアイのスペクトルマッピングが行われるのと同時に 2 つのスペクトルウィンドウでスペクトル収集が行われます一つは取込画像全体のスペクトル ( 収集と同じ ) ですもう一つはイーグルアイと呼ばれるもので画像の各ピクセルごとのスペクトルの重ね合わせ結果になりますイーグルアイのスペクトルでは一部の微小領域にしか存在しない元素でもそのピークが全体から埋もれずに現れるので微小元素の発見に使えます取込画像全体のスペクトル一部にしか存在しない元素なので画像全体のスペクトルでは見つけにくい 9

10 元素マッピング ( 抽出ライン ) マッピング測定データから各種の分析を行う事が出来ます抽出ツールを選んで画像を囲むとその領域のスペクトル結果を抽出して表示しますライン画像上の横方向の強度ラインプロファイルを作成しますプロファイルを作るライン幅も変更出来ます横方向しか出来ません定量値ではなく強度値のプロファイルしか出せません 10

元素マッピング ( 重複定量化 ) 重複元素ごとに RGB で画の重ね合わせを行えます画像は右クリックコピーで保存して下さい

マップサイズ画像作成方法 ) 作成をクリック計算に少し時間がかかりますそのままのマッピング結果はあくまで各元素の強度分布図なので 1

線検出器方向に対する障害物などでそもそもの X 線強度に差がありそれが強度分布の結果に影響を与えます

11 元素マッピング ( 重複定量化 ) 重複元素ごとに RGB で画の重ね合わせを行えます画像は右クリックコピーで保存して下さい定量マップ強度マッピングのデータから定量マップに変換しますマッピングウィンドウメニューから分析定量マップ作成で作成条件を選択し ( マップサイズ画像作成方法 ) 作成をクリック計算に少し時間がかかりますそのままのマッピング結果はあくまで各元素の強度分布図なので 1 元素での分布状況は分かりますが元素間で分布量を比較する事は出来ませんまた試料表面の電子線の入りやすさの場所ごとの差や X 線検出器方向に対する障害物などでそもそもの X 線強度に差がありそれが強度分布の結果に影響を与えます下図は強度マップから定量マップに切り替えた図で強度で見た時と定量で見た時で Ti や Au の分布にかなり違いがあります強度マップ Au Al Ti 定量マップ Au Al Ti 11

12 その他の機能スペクトルウィンドウの左下アイコンで複数スペクトルを並べたり重ねられますピークを同定する時 VID でスペクトルフィッティング係数を確認する事で同定した元素が正しいかどうか数値的に評価出来ます値が小さくなった値が小さくなった不明なピークを W と考え定性元素の組に入れるとフィッティング係数の値が下がったフィッティング的には正しそう不明ピーク W と識別他には定性元素の組で作られる合成スペクトルと実測スペクトルとの残差成分を出す事が出来ます 12

13 その他の機能ピークが被っていると簡易定量が上手く行かない場合があります周期表で線種をかぶっていない別の線種に変えて定量計算する事が出来ますピークが被っている線の種類を選択後元素を再登録 W を L 線に変更予め試料の一部の元素で質量 % が既知のものがあれば周期表で質量 % を登録して簡易定量の際に固定しておく事が出来ます元素マッピングでX 線カウントが稼げない場合条件でPHAモードをT3からT1 に変える事で強度を高く測定出来ますただし分解能が落ちるのでNa 以降の元素分析で使用して下さい使用後必ず元に戻して下さい 13

14 EDS 分析終了手順条件アイコンで変更した各パラメータなどを元に戻して下さいプロジェクトの保存を行う Analysis station を終了 EDS の電源を Off SEM の終了方法については SEM 簡易マニュアルを参照して下さい忘れずに! 解析用 PC にて EDS データを解析用 PC の Analysis station で開いてスペクトルウィンドウ内の確認を押すと SEM 像と分析点スペクトル定量結果を左図のように一枚のスライドにまとめて出力してくれます Word か PowerPoint で保存が出来て便利ですスペクトルウィンドウ 14

補足定量値について本装置で例えば EPMA 用標準試料の GaP と CaSiO3 を各加速電圧で測定するとこのような atm% の比になりますピーク被りについて 5kV 10kV 15kV 20kV 25kV Ga:P Ga 出ない 46(L 線 ):54 47:53 47:53 49:51 Ca:Si 38:62

) 本装置の半定量法で最善を尽くすならば試料組成と同等の標準試料 ( 組成既知 ) を用意して測定しもっともズレの少ない加速電圧の条件を見つけてその加速電圧でもって試料の測定を試みてくださいと言っても絶対定量が行える EPMA や試料全体を測定出来る XRF などの方が EDS よりずっと真っ当な定量が行えるので

15 補足定量値について本装置で例えば EPMA 用標準試料の GaP と CaSiO3 を各加速電圧で測定するとこのような atm% の比になりますピーク被りについて 5kV 10kV 15kV 20kV 25kV Ga:P Ga 出ない 46(L 線 ):54 47:53 47:53 49:51 Ca:Si 38:62 50:50 49:51 49:51 54:46 本装置の EDS では ZAF 法を用いて試料組成による X 線の相対強度の影響をまたソフトウェア内の標準データを参照して加速電圧の違いによる影響を補正していますしかしそれでも定量値にズレが生じてくる訳ですが特定の加速電圧でそのズレが最小に留まります ( 上記赤色のところ ) 本装置の半定量法で最善を尽くすならば試料組成と同等の標準試料 ( 組成既知 ) を用意して測定しもっともズレの少ない加速電圧の条件を見つけてその加速電圧でもって試料の測定を試みてくださいと言っても絶対定量が行える EPMA や試料全体を測定出来る XRF などの方が EDS よりずっと真っ当な定量が行えるので細かく定量値を評価するなら分析装置から吟味された方がいいですなお加速電圧の影響を補正する標準データは 10kV,15kV,20kV にしか用意がないため基本的に他の加速電圧で EDS 測定をすると補正が悪くなります良くピーク被りする元素例ですこの組み合わせが存在していると定性が上手くできなかったり定量が失敗したりします 15

エネルギー分散型X線分析装置(EDS) 簡易マニュアル

エネルギー分散型X線分析装置(EDS) 簡易マニュアル 2014/12/12 更新エネルギー分散型 X 線分析装置 (EDS) 簡易マニュアル光電子分光分析研究室連絡先坂入正敏内線 7111 鈴木啓太内線 6882 1 装置使用の前に以下のルールを守って下さい研究室内は土足厳禁飲食厳禁ですゴミはきちんと片づける装置の故障不具合を見つけたらすぐにスタッフに連絡装置を乱暴に扱わない研究室の物を勝手に持ち出したり無くしたりしない貴重品の管理は各自でお願いします