电子探针显微分析仪状态检定...901—1995的修订建议_赵同新.pdf

：电子探针显微分析仪状态检定方法及 的修订建议赵同新，崔会杰，孙友宝，黄涛宏岛津企业管理（中国）有限公司 上海分析中心，上海 ；岛津企业管理（中国）有限公司 北京分析中心，北京 摘要：以标准 和 为指导，根据电子探针显微分析仪不同分项的检定原则，并结合其软件功能，实现了分析仪便捷、快速的状态检定；探讨了 标准中相对比较陈旧的流程和指标，以及该标准中需要更新的方法和规范。结果可为操作人员掌握电子探针显微分析仪的状态、第三方计量机构的仪器检定工作和 的更新工作提供参考。关键词：电子探针显微分析仪；状态检定；标准修订；测试方法中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：赵同新（），男，本科，工程师，主要从事电子探针微 束 分 析 及 其 在 材 料 测 试 领 域 应 用 的 研 究 工 作，（），；，（），：，：；电子探针显微分析仪（）在科研及生产中应用广泛，为了获得理想的测试结果，需要定期对仪器进行检定，以确保仪器处于正确的工作状态。由于 电 子 探 针 分 析 仪 和 电子探针分析仪的检测方法 很久没有更新，标准中部分测试指导原则已不再适用仪器的发展现状。两个标准内容大同小异，其中 已 经 作 废，现 行 标 准 只 有 ，但 还有可取之处，比如对背散射电子检测器分辨能力的测试是有参考价值的。笔者结合 的发展现状，探讨了仪器的检定方法，可为操作人员掌握仪器状态、第三方计量机构仪器检定工作和 标准的更新工作提供参考。测试方法采用 型 进行测试。测试标样为：微距栅格标样；金颗粒或锡球标样；铝、碳、硅、铁纯物质标样；合金标样；矿物标样；黄铜标样。这些标样均可在第三方计量检定机构购赵同新，等：电子探针显微分析仪状态检定方法及 的修订建议入。同时，也可使用 自带的仪器标样。按照 中的检定项目和检定方法，结合 的日常使用情况，对各个项目逐一进行检定确认。标准内容概述标准中概述部分描述了 的特点、原理和主要构成。使用波谱仪色散特征 射线进行元素测试，现在已均能满足 元素的覆盖范围，而且对于超轻元素的测试也可以获得较准确的结果。随着高灵敏度背散射检测器性能的提升，在 中，使用背散射信号观察和辅助定位测试位置比二次电子像更为常用，建议在标准更新时加入这方面的内容。对于关键性的参数，如特征射线的重复性，可适当地提高其指标要求。电子探针最重要的是定量测试能力，规定合金和矿物的定量测试误差，本质也是对应特征射线的重复性和稳定性。关于标准物质的规定，放大倍数部分的确认可使用已校验的网格或栅格，基于电子图像的二次虚放问题，应规定以标尺的显示数值为准，比长仪也应修改为直接在软件上测试即可。检定分项的具体实施方法中，建议修改为常用的 测 试 条 件，特 别 是 加 速 电 压。由 于 早 期 的 主要用于定量测试 以后的元素，对于轻元素和超轻元素的测试有较大误差，测试时也不够重 视，因 此 会 用 到 较 大 的 加 速 电 压 ，测试合金时甚至推荐加速电压为 。现在的仪器具有较高的灵敏度，通常使用的加速电压为 ，反而可以兼顾测试轻元素，以获得更好的测试结果。检定项目和检定方法放大倍数的示值误差以往使用固定大小的底片对阴极射线管直接曝光成像，不用考虑电子图像的缩放问题，放大倍数具有参考价值。现在的电子图像由显示器观察和软件抓图获得，显示器的尺寸决定了图像存在二次缩放的问题，所以应更关注标尺的示值准确性。使用扫描电子显微镜（）和 分别对同批次、同类光纤试样进行观察，结果如图，所示，可以看到心部掺杂大小一致，但岛津的 放大倍数是 倍，而 为 倍，所以应以标尺的示值显示为准。使用 自带的校准标样 和 ，在不同放大倍数下进行测试，结果如图所示。图光纤试样 形貌图光纤试样 形貌图仪器自带校准标样的测试结果根据标准试样的检定结果，示值误差计算结果如表所示。探针束流稳定度检定标准中设定加速电压为 ，束流为 ，连续测试 。考虑到实际仪器的使用现状，如果更赵同新，等：电子探针显微分析仪状态检定方法及 的修订建议为关注定量测试，推荐使用加速电压为 ，束流为 ，得到的结果更为合理，如果测试项目中分析功能应用更为频繁，则束流可上调到 。在 观 察 软 件 界 面 下，菜 单 中 选 用 功能，可以方便地确认束流的波动情况。将测试条件调整为标准中的 、和 、，具体测试结果分别如图所示。表放大倍数示值误差计算结果项目长度次次次标准值 实测值 示值误差 图不同测试条件的束流波动根据记录获得束流初始值为 ，最大值为 ，最小值为 ，则束流稳定度为 。束斑的稳定度加速电压推荐为 ，束 流可使用 标准 的 ，选择一个标志性的点作为中心位置，电子束慢扫拍照 见图）；等待 后，再慢扫拍照 见图）。中心位置偏移距离为，则束斑稳定度为。图束斑稳定度测试结果试样台的重复性加速 电 压 为 ，束 流 为 ，使 用 功能消除齿轮间隙，移动一段距离消除齿轮间隙后返回即可。可以直接测量数据，无需除以 进行处理。结果如图所示。该例中标记点间距为，则试样台重复性为。图试样台的重复性测试结果赵同新，等：电子探针显微分析仪状态检定方法及 的修订建议射线重复性的检定按照标准方法测试，推荐加速电压为日常使用的 ，纯物质标样为试样，适当提高束流或延长时间，以满足总测试计数的要求。软件自带的 可快速测试，或使用 自动程序采集测试，软件界面如图所示。图 软件界面电子探针标配个通道，可按照下面条件进行测试：第一通道 晶体 （邻苯二甲酸氢铷）测试 元素，加速电压为 ，束流为 ，采集时间为；第二通道 晶体 测试元素，加速电压为 、束流为 、采集时间为；第三通道 晶体 （季戊四醇）测试 元素，加速电压为 、束流为 、采集时间为；第四通道 晶体 （氟化锂）测试 元素，加速电压为 ，束流为 ，采集时间为。一个实际的测试结果如表所示。表射线重复性检定结果个项目光子个数 标准偏差 平均值 射线强度重复性 根据标准中给出的评估计算方法，即 次的标准偏差除以 次的算术平均值，则个通道的重复性指 标 分 别 为 ，。合金定量测试误差可使用日常的定量测试条件 、，测试时使用默认的时间，背景可缩减至。测试仪器自带不锈钢标样 ，标样采用自带的纯物质即可。由于 的背景默认值（）与 重合，因此可手动设置成 或 ，其他使用默认值即可。合金元素定量测试结果如表所示。用 主 量 元 素 计 算，其 测 定 平 均 值 为 ，标准值为 ，可计算出定量误差为两者差值 。矿物定量测试误差仪器自带的矿物标样只有角闪石，但由于其表面喷金处理，且矿物含水，稳定性不够，定量测试会有一定的误差（一般矿物标样表面喷镀碳膜处理）。使用榴石矿物标样作为待测试样，标样为简单的端元氧化物。定量测试条件为 、，其他均为默认设定。结果如表所示。用 主 量 元 素 计 算，其 测 定 平 均 值 为 ；标 准 值 为 ，定 量 误 差 结 果 为两者差值。表合金元素定量测试结果项目质量分数 试样 试样 试样 平均值 标准偏差 赵同新，等：电子探针显微分析仪状态检定方法及 的修订建议背散射检测器灵敏度背散射检测器灵敏度为 特有分项，该标准已列为废除，建议在新修订 时保留。含铅黄铜是比较理想的背散射检测器的性能检测试样，由于在一定的含量范围内，铜和锌能够无限互溶，形成平均原子序数相差极小的相和相（一般小于），同时基体中游离的铅相（原子序数为）原子序数和、相差极大，会给背散射观察带来一定的干扰，衬度调节难度更高，对背散射电子检测器的挑战更大。使用标样旁边镶嵌的黄铜底座进行试验，结果如图所示。表矿物元素定量测试结果项目质量分数 试样 试样 试样 平均值 标准偏差 图黄铜背散射电子图像及元素面分布可以看到，在 （背散射电子）图像下，白亮颗粒为游离的铅元素，灰色基体组织为相，分布于晶界的为相。对应元素分布图中，铜的面分布图中基体红色为相构成。同时对两相进行定量成分测试，以计算平均原子序数差异情况。使用默认的定量测试条件，得到相的定量测试结果，即 的质量分数为 ，的质量分数为 。相定量测试结果：的质 量 分 数 为 ，的 质 量 分 数 为 。计算可得，黄铜中相平均原子序数为 ，相平均原子序数为 ，两者相差。结语讨论了电子探针显微分析仪的检定标准 和 ，根据日常测试分析常用条件，给出仪器检定的参考测试条件，讨论了标准中需要更新和补充的内容。结合 软件的特点，给出方便快捷的检定方法。可为仪器使用及负责人员快速了解和掌握仪器状况提供参考，为第三方计量机构校验仪器状态提供便捷的检验方法。参考文献：赵同新，吉见聪，加藤治彦，等电子探针在金属材料分析与研 究 中 的 应 用 理 化 检 验（物 理 分 册），（）：赵同新，王宜权，崔会杰，等 电子探针测试胀裂失效不锈钢换热器管中的氮元素 理化检验（物理分册），（）：，赵同新 超轻元素 的电子探针定量测试问题及解决方案 电子显微学报，（）：赵同新，陈文迪，殷婷，等电子探针对含 矿物绿柱石的定量分析矿物学报，（）：赵同新，崔会杰，胡晓春，等电子探针对磁铁矿中变价元素 的测试方法 物理测试，（）：赵同新，崔会杰，胡晓春，等 黄铜脱锌腐蚀行为特征的电子探针分析 物理测试，（）：