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Quantitative EDX Analyse: Was ist möglich?

Mit der energiedispersiver Röntgenmikrobereichsanalyse (EDX) kann die elementare Zusammensetzung der Probe ermittelt. Dazu wird die durch Wechselwirkung des Elektronstrahls mit den Probenatomen emittierte, für jedes chemische Element charakteristische Röntgenstrahlung im Röntgenphotometer gemessen (Spektrallinien oder Peaks).

Werden die Energien der Röntgenlinien über die Impulsdichte (cps/eV -Quanten pro Sekunde pro eV) als Maß für die Intensität aufgetragen, erhält man das für die Probe charakteristische EDX-Spektrum. Durch die Entstehung von Bremsstrahlung wird die Bestimmungsgrenze der Elemente im Mittel auf 1 Massenprozent limitiert. Das Berylliumfenster schränkt zudem die Quantifizierung von leichten Elementen ein. Vernünftig quantifiziert werden können Elemente ab Ordnungszahl 11, also Natrium.
Für leichtere Elemente wären die die beiden folgenden Methoden möglich:
Durchführen einer Standardanalyse, bei der die schweren Elemente genauso quantifiziert werden wie die leichten Elemente. Die Messunsicherheit und – Ungenauigkeit ist hierbei aber sehr hoch.
Wenn bekannt ist, dass das leichte Element an ein schwereres Element gebunden ist, kann über Stöchiometrie und der Summe des schwereren Elements der Anteil berechnet werden. Diese Methode eignet sich z.B. für Silikate oder Oxide.

Für Quantitative Messungen sollte die Oberfläche zudem so plan wie möglich sein (wenn möglich: Glattgeschliffen). Nichtleitende Proben wie Kunststoffproben oder eingebettete Schliffe können mit Kohlenstoff oder mit Gold bedampft werden. Es ist dann besonderes Augenmerk auf Peaküberlagerung durch die Linien des bedampften Elementes zu legen.

Für die Anregung einer Energielinie wird ungefähr die doppelte Anregungsenergie bzw. Beschleunigungsspannung benötigt. Standardweise wird in der GWP mit 20kV gearbeitet, um schwere Elemente wie z.B. Pb nachzuweisen mit 30kV. Für eine genauere Messung von leichten Elementen wird die Spannung auf 10kV reduziert. werden.  Die Messzeit für eine repräsentative und quantifizierbare Messung liegt bei ca. 200s Livetime. Das Analysenvolumen beträgt ca. 1μm3. Bei der Messung von kleinen Partikeln oder einzelnen Phasen kann es dadurch zu Matrixeffekten kommen, in dem die Umgebung des Partikels mitgemessen wird.

Den Peak Intensitäten wird der Elektronensprung einer K, L, oder M Schale des entsprechenden Elements zugeordnet. Die Identifikation von sehr leichten Elementen mit Energielinien <1keV kann erschwert sein, da sie sich mit L-Linien von schwereren Elementen überlagern können. Dabei muss man sich immer über die Möglichkeit von Fehlerpeaks wie Pile-up Peaks, Escape-, Siliziumfluoreszenz, Streustrahlung, und Kohlenstoffkontamination sowie über Peaküberlagerungen von z.B. Mo mit S oder Cr mit Mn bewusst sein.

Die Quali- sowie Quantifizierung von leichten Elementen ist wegen Peaküberlagerung (z.B. Ti mit N, V und Cr mit O, Mn und Fe mit F) und wegen hoher Peakdichte in den niedrigeren Energiebereichen erschwert. Durch die Verringerung der Beschleunigungsspannung steigt die Genaugikeit und Auflösung dieser Peaks. Dadurch wird aber auch oberflächennäher gemessen. Falls sich an der Probenoberfläche eine Oxidschicht gebildet hat, was bei sehr vielen Metallen vorkommmt, wird ein höherer Sauerstoffgehalt als bei einer Messung mit 20kV gemessen. Außerdem hat eine Probenkippung, bzw. das Messen von schrägen Oberflächen wie bei Partikeln einen hohen Einfluss. Ein Winkel von nur wenigen Grad kann zu einer Steigerung der Intensitäten von 10 % führen. Falls die Probe mit z.B. 20 nm Kohlenstoff besputtert wurde, wird das Kα-Signal von Stickstoff zu 10 % absorbiert.

Haben Sie Fragen rund um die EDX Analyse oder benötigen Sie entsprechende Laboruntersuchungen? Unser Analytikum berät Sie gerne.

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