关于制定“微束分析扫描电镜能谱仪定量分析参数的测定方法” (GB/T 25189)文字标准的思考

目前，扫描电镜及其X射线能谱已经完全成为一个有机的统一体。但是，这两部分仪器几乎都是由两个独立厂家供应，仪器的性能的检验又都是各自独立的，而事实上，X射线能谱的定量分析实际不尽取决能谱的独立性能，更取决于与扫描电镜的配合。换句话说，对于用户，必须将两者作为统一的整体来考虑的元素定量分析性能，才是用户所实际需要的性能。

本标准基于上述考虑，即将扫描电镜和能谱仪作为一个整体，规定了扫描电子显微镜能谱仪成分分析性能的检验方法。以实现对此类仪器成分分析的正确检验，具有重要的实际价值。

本标准适用于扫描电子显微镜能谱分析仪的进出口检验和和认证认可检验。

从微束分析的发展历史和现状来看，电子探针X射线波谱分析和扫描电镜中X射线能谱分析一直是微束主元素定量分析中最主要的分析技术，具有独特的重要地位。扫描电镜中的成分分析功能，与其图像观察和测长功能相比，有时显得更为重要。由于扫描电镜上几乎都配有X射线能谱仪，少数的还配有X射线波长分光谱仪，使扫描电镜成为具有对各种材料的形貌、结构、成分以及晶体结构等进行综合分析的大型仪器。因此，对多数实验室来说，也就很难区分扫描电镜的主要功能是图像观察，还是成分分析。

多年来，作者曾经在多种场合说过，在20世纪70年代，即近50年前，我们可以买到能进行定量分析的扫描电镜和X射线能谱的组合（分析型扫描电镜），但在50年后得21世纪新近进口的数千台仪器中，几乎很难找到这样的组合。甚至有厂家公开宣称，扫描电镜上的能谱就是大概看看样品中有什么元素的，也有用户非常认同这样的观点，甚至将能谱仪弃之不用。一台50-70万的能谱仪似乎还没有一台几万元的光谱仪具有更好的使用价值。实在是非常遗憾的事。

因此，如果我们完善了分析型扫描电镜的检验规程，并严格执行这些规程，不仅使我们的仪器在日常工作中保持良好状态，而且也为进口仪器的严格把关提供了重要的前提。建议：凡订购分析型扫描电镜的用户必须将以上这些内容尽可能地写入到合同中去，这才是最明智的选择。

该标准主要是围绕实现元素定量分析，提出了多方面的基本要求：如对扫描电子显微镜设备和能谱仪本身的要求、对电子束流稳定性的检验和束斑稳定性的检测、样品台重复性的检测、X射线能谱谱线分辨率的测定、能谱仪定量分析能力的检验等多方面提出了一些非常具体的要求，并建议使用锰或氧化锰，聚四氟乙烯或氟化钙，Cu、Co、Ni金属标样，以及如选择多元素合金标样和复杂的硅酸盐矿物样品，含超轻元素的标样等进行各种分析性能检验和定量分析准确度的检验。通过这些检验我们不仅可以正确了解仪器的实际性能，更可以真正掌握能谱仪定量分析的要点，对于全面掌握能谱仪的技术和真正了解仪器的性能有重要的意义。zhoujx20@sina.com

 附  (GB/T 25189)

引 言

X射线能谱仪是扫描电镜常用的配置，扫描电镜-能谱仪化学成分定量分析的准确度不仅取决于能 谱仪，也取决于扫描电镜性能。对扫描电镜-能谱仪定量分析性能的检验可将两者作为统一的整体来 考虑。

微束分析扫描电镜能谱仪定量分析

参数的测定方法

1范围

本标准规定了扫描电镜-能谱仪化学成分定量分析相关参数的测定方法。

本标准适用于对扫描电镜中影响定量分析性能的相关参数和能谱仪基本参数的测定，并以元素成 分定量分析结果对仪器做出综合分析。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容〕或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

00/1- 4930微束分析电子探针分析标准样品技术条件导则 08/7 17359—1998电子探针和扫描电镜X射线能谱定量分析通则 (^杉/下20726半导体探测器X射线能谱仪通则 II？ 1001通用计量术语及定义

3扫描电镜能谱仪定量分析原理

扫描电镜发射的具有一定能量的聚焦电子束轰击试样表面时，产生被激发元素的特征X射线，这 些特征X射线经半导体探测器检测并经过信号转换、放大等一系列处理和分析后，可以得到试样中所 含各元素的特征X射线强度值，并通过与相应元素标准样品的X射线能谱的对比测定和修正计算处 理，可以获得被测试样化学组成的定量分析结果。

4基本参数和检测用参考物质 4.1基本参数

1 1. 1扫推电镜的基本参数：电子束流的稳定性、工作距离的重复性等，

屯1.2能谱仪的基本参数:能量分辨率、X射线能量与仪器检测效率相关性等；

4.2     检测用参考物质

首选国家标准化行政主管部门批准颁发的国家级电子探针?V扫播电镜标准样品，符合了 ⁴⁹³⁰ 的有关规定。若无合适的国家标准样品时，可选用相应机构认可的研究标样。

测定能谱仪能童分辨率的样品:选用金属锰标准样品和聚四氰乙烯样品。

测定能谱仪检出效率的样品:使用抛光、平整、洁净的纯铜或纯镍样品。

测定能谱仪元素定量分析准确度的样品：推荐至少选用一个合金(如1=^0多元素合金）和一个 硅酸盐矿物(如镁铝榴石，橄榄石等)或玄武玻璃样品。对超薄窗口的能谱仪还应使用聚四氟乙烯或含 轻元素的样品（如玻璃碳、碳化桂、氮化硼或氟化钙等夂选用的样品应为平坦的抛光样品。

5技术要求和测定方法 5^ 1扫描电镜

扫描电镜的电子束流大小应有数字显示并可调。推荐配备法拉第杯以监控电子束流。实验中应使

扫描电镜稳定。

5.1.1电子束流稳定度 5丨1.1.1技术要求

电子束流稳定度可以用计数稳定度来测量，计数率变化每小时应小于IX。

如果用法拉第杯监测，钨灯丝和热场发射扫描电镜的电子束流稳定度每小时应优于IX，冷场 发射扫描电镜电子束流稳定度每小时应优于5?V。推荐配备束流稳定器。

5^ 1. 1.2測定方法

&)在仪器充分预热后,选择加速电压20 IV，测量特定元素的计数率,每隔6阳!!!测定一次,共测 定10次。

计数稳定性々按式口)计算：

式中：

^^10次测量值的标准偏差；

I―10次测量值的算术平均值。

如果扫描电镜配有法拉第杯，也可以使用法拉第杯直接进行电子束流大小的测定。选择加速 电压20 IV，插人法拉第杯,每隔6爪丨!!测定一次电子束流，共测定10次。电子束流稳定性4 按式计算。

5.1.2      工作距离

弓.1.2.1技术要求

试样和标准样品的工作距离应保持一致。

5^ 1.2.2测定方法

把试样放在能谱仪定量分析要求的工作距离，使试样放大图像到5 000倍，使用样品台聚集使图像 清晰，当交换样品时,保持扫描电镜工作距离不变，仍然使用样品台聚集使图像清晰。

5.2能谱仪 5.2.1能最分辨率 5.24 1.1技术要求

能谱仪的能量分辨率应通过测量谱峰半高宽来表示。对于超薄窗能谱仪，除了测定 谱峰半高宽外，还应测定碳和氟的谱峰半高宽。对于精确的定量分析，当存在一个能 量接近1卜?V的谱峰时，应使用^0-1^的？双只从低于160 6?V的探测器，最好使用小于I³⁵ #的 探测器。

5.1       1.2测定方法

选取纯锰(或氧化锰)样品，以及聚四氟乙烯等样品，安装在样品台上，在仪器充分预热稳定后，采集 样品的X射线能谱。利用能谱仪提供的计算分辨率的程序计算以及碳和氟的谱峰半髙宽，或 利用谱图直接测量，得出能谱仪能量分辨率。

石.2.1.3測量条件

用锰样品测量兄0-1^谱峰半高宽时，加速电压用15 用聚四氟乙烯或其他轻元素标样测量碳 和氟的谱峰半高宽时，加速电压用10 1^?V。调整束流以使测童中计数率不超过规定的计数率极限， 峰计数强度应高于10 000〖参照08/1 20726的附录八：！。

5.2.2     X射线能量与仪器检测效串相关性 匕2.2.1技术要求

对X射线能量与仪器检测效率的关系，至少应标出特定物质的特征X射线的低能线与髙能线的强 度比值17尺。此比值应是用垂直于样品表面的20 IV电子束激发并在检出角35。检测到的纯镍或纯铜 样品谱线中I线系和线净峰面积比。

5^ 2.2.2测定方法

使用抛光、平整、洁净的镍或铜样品，将样品安装在与人射电子束垂直的位置。加速电压用20 “V， 峰计数强度应高于10 000。扣除线性背底后确定纯镍或纯铜样品谱线中1线系和峰的净峰面积， 面积比即为IV民比值,最后结果应采用至少5次测量结果的平均值(参照(^它/了 20726的附录0〉。 5.2.3其他要求

能谱仪应有标准样品数据库，并可在日常使用时建立实时测定的标准样品数据库，以便进行有标样 定量分析。能谱仪中应有定量分析轻元素的程序。

5.3定量分析 5.3.1技术要求

对于扫描电镜-能谱仪的定量分析结果，在按照了 17359-1998所规定的测量条件和测量步骤 下,在有标样定量分析情况下，对于原子序数大于11的,平坦的、无水的、致密的、稳定的试样，其误差要 求见表1。

3.2.1合金和矿物标样定1分析

待仪器充分预热后，参照08/7 17359—1998第8、9章的要求进行定量分析。

对合金和矿物标准样品中含量大于1 ^的所有元素进行有标样定量分析，测定出标样中此元素 的质量分数。

连续测量5次，并得到5次测量值的算术平均值为”。

定量分析相对误差X按式口)计算_：

尺^ I ”―如丨.X 100^  ^(艺）

式中：

切―标准样品中元素的已知质量分数。

5.3.2』轻元棄标样的定量分析

待仪器充分预热后，使用10 1^?V加速电压，对含有0和5元素的标样进行分析，连续测量5次，并 得到5次测量值的算术平均值为”。

定量分析相对误差X按式口)计箅.