含碳样品能谱定量分析测试条件的研究

　　能谱仪可检测的元素范围为Be4~U92,能对轻元素进行定性和定量分析是其最主要的优点之一,碳元素在其可检测的范围之内。对于非导电的样品进行能谱分析时,首先要在其表面喷镀一层导电膜,一般为碳膜。对于含碳的非导电样品进行能谱分析时也需在其表面喷镀一层碳膜,在此情况下选择什么样的测试条件才能使碳的定量分析最准确?针对此问题笔者以方解石(CaCO3)标样为例对其进行了研究。方解石标样的标准化学成分为:CO2:43·97%、CaO:56·03%。

　　1　实验与测试

　　实验采用Quanta 200型环境扫描电子显微镜、GENESIS能谱仪和CEA 035真空镀膜仪。利用CEA035真空镀膜仪,选用一根碳线或两根碳线和50mm的工作距离在样品表面分别喷镀上5nm~8nm或7nm~11nm厚的碳膜进行实验。GENESIS能谱仪的定量分析为无标样定量分析,测试条件:时间常数为51·2、计数率为2 000~5 000、死时间为20%~40%、每点收集时间为50s、工作距离为11mm或11·5mm。分析常规元素样品时通常选择20kV左右的加速电压、6左右的束斑(电流)大小即可,对于方解石标样我们选择了不同的加速电压和束斑大小进行实验,加速电压分别为20kV、21kV、22kV、23kV、24kV、25kV,束斑大小分别为5·8、5·9、6·0、6·1、6·2、6·3、6·4、6·5,束斑大小的选择是在保证能谱仪计数率在2 000~5 000之间、死时间在20%~40%之间的前提下进行的。

　　2　测试结果分析

　　表1为方解石标样表面碳膜厚度为5nm~8nm时,不同加速电压和束斑大小条件下的能谱定量分析结果。从表1中可以看出,不论工作距离为11mm或11·5mm、束斑大小在5·8~6·5之间的任意值,当加速电压为20kV~22kV时,CO2的含量偏高2%~10%,当加速电压为24kV~25kV时,CO2的含量偏低2%~6%,当加速电压为23kV时,CO2含量的偏差在-0·57%~+0·56%之间,比较接近于标准值.

　　表2为方解石标样表面的碳膜厚度为7nm~11nm时,不同加速电压和束斑大小条件下的能谱定量分析结果。从表2中可以看出,不论工作距离为11mm或11·5mm、束斑大小在5·9~6·3之间的任意值,当加速电压为20kV~23kV时,CO2的含量偏高2%~12%,当加速电压为25kV时,CO2的含量偏低2%~3%,当加速电压为24 kV时,CO2含量的偏差在-0·08%~-0·61%之间,比较接近于标准值。

　　3　讨论

　　当加速电压和碳膜厚度一定时,束斑大小和工作距离的微小变化对CO2和CaO的定量分析结果影响不大,测量值之间的偏差均小于1%。这个微小的变化可以忽略不计。束斑的微小变化可使计数率和死时间发生微小变化,只要计数率仍在2 000~5 000、死时间在20%~40%之间,实验证明分析结果几乎一致。无论什么型号的能谱仪安装在什么型号的扫描电镜上,均有一个合适的工作距离,即这个距离能使样品表面发出的特征X射线被能谱仪探测器最大限度地接收。我们这台GENESIS能谱仪与Quanta 200型环境扫描电镜联机,通过实验得出其合适的工作距离在11mm~12mm之间,所以本次实验选用了11mm和11·5mm两个工作距离,实验得出在两个工作距离条件下的分析结果几乎一致。