1、现代分析仪器分析方法通则分析型扫描电子显微镜方法通则lY /T 010-1996 General rules for analytical scanning electron microscopy 1997-01-23发布1997-04-01实施前日本标准的蝙写格式和方法符合GB/Tl.1 - 1993(标准他工作导则第1单元标准的起草与表述规则第1部分。标准编写的基本规定)l，GB/T1.4-88(标准他工作导则化苦分听方法标准编写规定的要求。卒际准负责起草单位国家教育委员会本标准主要起草人。林草毅万德锐本标准参加起草人，张大同杜德安王永瑞周菁元日次1 范围 (19盯2定义.(19;) 3
2、方法原理. (1 96) 4 仪器.(97) 5 样品. (1 98) 6 分析步骤. (198) 7 分析结果表述- . (199) 8 安全注意事项.(1 99) 分析型扫描电子显微镜方法通则JY /T 010-1996 General rules for analytical scanning electroD microscopy I 范围本通则适用于各种类型的扫描电f显擞镜何X射线能谱仪。2 :且2.1 二次电子secondary electron 在入射电于的作用下，且固体样品中出射的能量小于50.，v的电r.通常以SE在示。2.2 背散射电子backscattered elect
3、ron 被固体样品中的原子反射阿米的入射电.包括弹性背散射电F和非弹性背散射电f三，通常以BSE表示。它又称为反射电手(ReflectedElectron).以RE茬J亏。其中弹性背散射电F完全改变了入射电于的运动方向，但基本上没有改变入射电子的能量，而非弹性背散射电子不仅改变了入射电子的运动方向，在不同程度上还损失了部分能量。2. 3放大倍数magnification 扫描电镜的放大倍盘是指其图像的线性放大倍数，以M表示。如果样品上仕度为L，直线上的信息，在显悻营上成惶在L长度上，则放大倍数为M=t 扫描电镜的有效放大倍数与电子束直径有关如果样品上电F束编址的单位区域，即惶章，小于电于束直径
4、，每次取样传送的信息包吉一个以上的像章，前后传送的信且互相部分重叠.这样的放大倍数称为虚伪放大倍数(HollowMagnif阳tion) 2. 4分牌本领resolving power 扫描电镜的分辨本领通常以二次电子团悻分牌率来表示，它是在恃定的情况下拍摄特定样品(如碳啧盘)的二次电子图像，在照片上测量能清楚分开的两个物岳之间的最小距离，除以放大倍数，作为扫描电镜的分辨率.以r茬示。X射线能谱仪的分辨本领，是对能量相近的两个峰的辨别能力，通常以5.89keV的MnK峰的半高宽辈茬示，单位为电子伏特，v。2.5特征X射线characteristic X-rays 能量或波议确定的X射线睹为特征
5、X射线。各元章的原子萤电子束或高能X射线的撤走，使处于较低能级的内壳层电F电离，整个原于呈不稳定的激发态，较高能级上的电子便自宜地跃迁到内壳层空位，同时释放出;1:命的能量.使原子回到基志，这部分能量可以以X射线光子的形式带放出来，对任一原子而言，各个能级之间的能量盖都是确定的a因此，各种原子国事故育委员告1997-01-22批准1997-04-01实施195 JY /T 010 - -1996 受激发而产生的X射线的能量或搜长也都是确定的92 6 韧致辐射X射线bremsstrahlung X-rays 高能入射电子会在样品原子的库仓场中减速，在减速过碌中入射电子失去的能量转化j，;X射线光
6、子，即韧致辐射X射线固由于睛速过瞿中的能量损失可取任意值，韧致辐射可形成队等到电子束能量连续的X射线。2. 7 检测灵敏度Detection Sens山V町险测灵敏度，fiP最低探测浓度.取决于最小探测峰筒。能够与背景分解的峰的最低汁散，称为最小探测峰值，或探测极限DetectoLimit0 2. 8 基体校正matr1x corr时t10n基体校正是考虑影响X射线强度与基体成分之间关系的各种因素，将X射线强度换算成浓度而作的4种技正。因为自与元素所在的基体杳关，故称均基体校正，t:包括原子序数校正Z、吸收校iEA租荧光校正F，因此简称为ZAF校正。2. 计数率unt rate 检测器中每非钟
7、在得的计数，常用再丈ountPer Second的缩写CPS来茬示。3 方法原理3. 1 扫描电镜成像原理扫描电镜成像原理与闭路电视非常相似，显像管t图像的形成是靠信息的传送完成的。电南在样晶表面逐点逐行扫描，依次记录每个点的二次电子、背散射电于或X射线等信号强度经放大后调制显惶营上对应位置的光点亮度。扫描发生器所产生的同信号卫被用于驱动显惶营电子束实现同步扫描.样品毒面与显像管t图像保持逐告逐行一一均应的几何关系.因此，扫描电子图惶所包含的信息能很好地反映样品的者面形貌。3.2 X射线能谱分析原理X射线能谱定性分析的理论基础是Moseley定律，即各元素的特征X射线频率的平方恨与原子序数Z成
8、绩性关景。同种元素，不论其所处的物理状志或化学状态如何，所发射的特征X射线均应具有相同的能量。X射线能谱定量分析是以测量特征X射线的强度作为分析基础，可分为有标样定量分析和无标样定量分析两种。在有标样走量分析中样品内各元章的实棚X射线强度，与成分已知的标样的同名谱线强度相比较，经过背景校正和基体校正，便能算出它们的绝M含量.在无标样定量分析中样品内各元素同41或不同名X射线的实测强度相互比较，经过背景校正和基体校正，便能算出它们的相对肯量a如果样品中各个元章均在仪器的检测程围之内，不肯垣基、结晶水等检测不到的元素，则它们的相对古量经归一位后，就能得出绝对含量。由于扫描电镜的放大倍数范围宽，图惶
9、分群率高.景深好，立体感强，制样简单，时样品的损伤和污染小，配备了X射线能谱仪卫可同时进行元素成分分析。因此，它们已泛地应用于物理、化学、地质、地理、生物、医学、材料等学科以及电子、化工、南盘、陶捷、建筑等工业中各种材料、样品、器件的形貌、结构和无机无事成分分析。3. 3 检测项目和内容扉貌分析z观察各种材料或生物样品的微观形貌。结构分析.观察各种陶瓷、岩石、土壤等样品的粒径、晶界、空隙及其相互关系.断口分析z确定金属材料的断裂性质。196 JY /T 010- 1996 位度分析确定颗粒梓品的粒径及拉径分类。定性分析z确定样品中存在的各个可检测元素名称s世量什析测定样品中存在的各个可检测元素
10、的浓度回线伫l捕。确定某元素在样品在丽某是直线上的浓度变化u面分布，确定某元素在样品表面走面积内的故度变化。4仪器4. 1 扫描电镜的仪器结构相技术指标4. ). ) 扫描电镜的仪器结构扫描电T显做镜由电于先芋系统、信号检测和放大系统、扫描墨统、图像显示和记录系统、电惊桌统和真空岭却水系统等组成。电F光学在统由电f枪、电磁透镜、光闹、样品室等组成，电子枪产生的电子束通过电磁透镜聚焦在样品表面，使样品受到激发而产生二次电子、背散射电子、X射线等物理信号。信号险测和放大革统是用适当的检测器将样品在入射电子束作用下产生的物理信号转变为电信号，然后经视频放大，作为阴极射线管的调制信号。检测器可分为电子
11、信号检测器、X射线检测器和阴极荧光检测器等。不同的物理信号要用不同的检测器。扫描系统由扫描信号发生器、放大控制器等电于线路和相应的扫描线圈所组成，真作用是畏供入射电子束在样品表面以及阴极射线管电于束在显惶智上同步扫描的信号。图像显示和记录旱统由1个-2个观察用的阴极射线管，个照相用超高分辨的阴极射线营，照相装置等组成，将信号检测和放大系统输出的信号强度用来调制阴柑射线管t光唱的亮度，便能在显像管上获得反映样品形貌和显示样晶茬面某些特征的扫描图像，照相底封上除了样品图像外，还可记录底片号码、加速电压、放大倍数和比例尺等。配备图憬分析计算机软件的扫描电镜还能进行图憧处理和粒度分析等等。电蝶星统由稳
12、压器、变压器以及相应的安全保护电路所组成，为仪器各部分提供所需要的电摞。真空玲却水系统由机械旋转泵、扩散泵或分F润轮桌及相应的冷却在等组成，使电于光芋革统保持优于10-1Pa(鸽丝电于枪人10-Pa(六棚化搁电子枪或10-BPa(场发射电子枪)的真空度，防止电磁E镜、光阑等电于柬通道和样品的污娃，属少电f柬能量的变化4. ).2 扫描电镜的技术指标表1臼播电镜的主要性能和技术指标扫描电镜类型热发射普通型热发射糟衔现场发射精密型电子枪类型鸽丝电子枪鸽丝或六砌化橱场发射电手枪真空度10-Pa 1O-Pa10-Pa 10- Pa 一次电子图像分辨率优于10nm3. 5nm6nm 优于:2.Snm 图
13、像有效放大倍数丁丁高3石;百丁四倍.lX川倍l叫川附倍4.2 X射线能谱仪的仪器结构和技术指标4.2.1 X射线能谱仪的仪器结构X射线能谱仪由半导体探测器、前置放大器、主放大器、脉冲堆朝排除器、模拟数字转换器、多道分析器197 JY /T 010-1996 半导体探测器通常用惺漂移硅探测器.用元素符号呵写成5元(Li)探测器，其作用是将X射钱信号转换成纯的电信号，并使民信号强度与入射X射线光子能量成E比固前置放大器昔遍乖用在低温F噪音很低的场放应晶体管(FET和脉冲光学应愤放大电路其任务是将电荷脉冲转变成电压脉冲回1放大器归脉冲堆积排除器通常采用次微分(高通滤波器)和IX积分(低通滤波器)的i
14、虑波电路，将前置放大器输出的阶梯形电压信号转变为高斯形!，j(呻信号，并通过脉冲堆积抑制电路排除用汁数率太高或每个脉伸处理时间长向选成的脉冲堆积。愤拟散宇转换器和多且分析器模拟数字转接器将电压脉冲倍号转换成数字信号可这些散F脉冲捷其振幅大小分别在多道分析器特定的道址上进行i数.并存放在;i算机的内存恪器l打句计11村L、显示器和打印有:IlJ;j量分析器对X射线光f按其能量进行分类、it敬和市储的各坤散据都可由计算帆进行址理，并编辑打印出分析报告4.2.2 X射线能谱仪的技术指标X射线谱线分脾率155(VL:s3EV元辈分析范围:Nallun镀膜窗口C6u9Z 超薄窗口B5_U2 假超薄窗口、
15、氨ft棚窗口或镀膜切换窗口检测是敏度:O. 1归-0.5%重量。4.3 环境最件电摞电压为220V士20V，顿率为50Hz，具街拍了L的接地线，接地良好3降却水商量不低于21min，压力不低于5XI0Pa，7C温为20.LSCo室内咀度为20C士5Cc 相对温度不起过70%固杂散磁通量密度不超过5X10寸，地基振幅不超过5mo5 样品5. I 样品应该是他学仁和物理上隐定的干煤固体.茬面清洁在真。;二中且在电子束若市ff、挥世或变形，无放射性相腐蚀性。5.2 扫描电镜观事在尺、1和形态上对样品无严格的要求.只要能放迸悻品室都可进行现事和兮析oX射线微区成分分析样品，表面必须磨平抛光。5.3 样
16、品必须导电。非导电的形貌观事样品，可在表面喷镀金膜，X射线徽区成分分析样品，则捆在表卤喷镀碳膜。5.4 生物和医学样品也须经同定脱水、临界点干蝶或冷峰下蝶，步入后在者面喷镀导电睛6 分析步骤6. 1 开机依次打开稳压器、冷蚓7c龙共和主机Il惊7于5克，开始抽真空。6. 2 检测前的准备时扫描电镜应校查灯丝天才中和灯丝电流，不符合要求时，且时调整B定期清IJI:光闸，消除市198 3 JV /T 010-1996 染引起的悻散，使图像清晰真实。对X射线能谱仪应及时添flO掖髓，使Si(L)探头始终处于低温状态。收谱前校正好能带仪的能量标尺。6. 3 样品的安装和更换恃仪器内达到所需的真空虚后，
17、即可按要求将样品送入样品草-6.4 工作条件的设定根据送样要求按表2设走工作条件。表2扫描电销和X射线能谱仪的工作条件作忖| 扫描也镜图像观察x射线能消分析1仁价距离| 引nm30mm口f调| 固定在仪器规定的数倪显IE岳EE土豆E豆E加速咆比2kVzokV Il)kVlOkV 一一一一一二二二一一二一一一一一一一样品也流1()-A10-A 10 YAI()-1A 计数率:;EFS 工二豆6.5 罔惶观事和记址样品进入样品室后，依次加上高压和灯丝电班，便能看到图障，选择好所需的放大倍数反望进行聚焦，调节衬度和亮度以及消像融等，直至因由最清晰为止，观察中可移动旋转或倾斜样帖，以获得所需的图像。该
18、回障叮用仪器所配备的120相机葫135相机拍摄记茬，数字仕图像还可用计算机储存并进行处理。6. 6 且章成分分析6. (1. 1 在样品在面选定分析位置6. 6. 2 开启能谱仪主悦，按仪器说明书操作步骤进行分析、6.6.3 if启能谱仪打印机，叮印分析结果6.7 关机酝次关闭能t普仪汀印机、主忧以及扫描电镜灯地屯在、高压、i帆电捕和稳压器.l5分钟后关闭咛却在龙头，7 分析结果表述样品罔障和摩貌分析结果以10:片1&;照片形式提供。定性分析以位测到的元素名单提供，并可附谱统图c走量分析以仪器打印数据提供。线扫描以照片相仪器打印数据提供目前i分布以照片和仪器打印数据提供B8 安全注意事项S. 1 样品完电山果显像背上出现横向闪Jt现象，表明样品导电不良d应停止现事，将样品取出重新喷盘琪喷践。199 ，a咱.010-1996 8.2 样品损伤如果/图像上发现样品变形或损伤，表明样品不符合要求，应将样品取出重新进行干蝶和喷镀导电膜。如处理后仍有损伤变形，贝IJ该样品无法受理。8.3 费然停电停在应按顺序关机，样品圄在原位，恢复供电和供7JC后，重新开机，继续进行观察和分析。8.4 突然发生故障应立即停止现宰相分析。由维修人员排除故障后，再进行观察和分析200 JY/T
