ICS 71.040.50 G 04
G
中华人民共和国国家标准
GB/T32055—2015/ISO11938.2012
微束分析 电子探针显微分析
波谱法元素面分析
Microbeam analysis-Electron probe microanalysis-
Methods for elemental-mapping analysis using wavelengthdispersive spectroscopy
(ISO11938:2012,IDT)
2015-10-09发布
2016-09-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
发布 GB/T32055—2015/ISO11938:2012
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准使用翻译法等同采用ISO11938：2012《微束分析电子探针显微分析 波谱法元素面分
析》(英文版）。
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T6379.6—2009 测量方法与结果的准确度（正确度与精密度） 第6部分：准确度值的实际应用（ISO5725-6：1994，IDT） GB/T20725—2006 6波谱法定性点分析电子探针显微分析导则（ISO17470：2004，IDT） GB/T21636—2008 3微束分析电子探针显微分析（EPMA）术语（ISO23833：2006，IDT） GB/T28634——2012 2微束分析电子探针显微分析块状试样波谱法定量点分析 (ISO22489:2006,IDT) GB/T30705—2014 微束分析电子探针显微分析波谱法实验参数测定导则（ISO14594： 2003,IDT
-
本标准由全国微束分析标准化技术委员会（SAC/TC38)提出并归口。 本标准主要起草单位：中国地质科学院矿产资源研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所。 本标准主要起草人：陈振宇、李香庭、曾毅、周剑雄。
I GB/T32055—2015/IS011938:2012
引言
电子探针显微分析在过去50多年中得到了快速发展，并且已应用在科学和工业的很多领域。例如，定性分析和精确的定量分析都广泛应用于矿物学和冶金学研究中。近年来，随着计算机技术的发展，数字处理技术得到利用，彩色面分析技术取代X射线点分布像，用来定性观察元素分布。这些技术使我们可以对产品进行比较和评价以进行质量控制。使用面分析技术进行颗粒分析和/或相分析需要仔细选择实验参数，相应的标准对获得一致的、可靠的结果至关重要。
Ⅱ GB/T32055—2015/ISO11938:2012
微束分析电子探针显微分析
波谱法元素面分析
1范围
本标准规定了使用电子探针波谱法进行元素面分析的方法。本标准规范了移动电子束对试样扫描的面分析（电子束面分析）和移动试样台的面分析（大面积面分析）两种模式的选择，给出了五种数据处理的方式：原始X射线强度法、K值法、校正曲线法、对比法和基体校正法。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T15247—2008微束分析电子探针显微分析测定钢中碳含量的校正曲线法（ISO16592： 2006,IDT)
GB/T27025—2008检测和校准实验室能力的通用要求（ISO/IEC17025：2005，IDT） ISO5725-6测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第6部分：准确度值的实际应用
[Accuracy (trueness and precision)of measurement methods and results—Part 6:Use in practice of accuracyvalues]
ISO14594微束分析电子探针显微分析波谱法实验参数测定导则（Microbeamanalysis- Electron probe microanalysisGuidelines for the determination of experimental parameters for wave lengthdispersivespectroscopy)
ISO1747o波谱法定性点分析电子探针显微分析导则（Microbeamanalysis一Electronprobemi croanalysisGuidelines for qualitative point analysis by wavelength dispersive X-ray spectrometry)
ISO22489微束分析电子探针显微分析块状试样波谱法定量点分析（Microbeamanalysis- Electron probe microanalysis-Quantitativepoint analysis for bulk specimens using wavelength dis- persive X-ray spectroscopy)
ISO23833微束分析电子探针显微分析（EPMA）术语[Microbeamanalysis一Electronprobe microanalysis(EPMA)—Vocabulary)
3术语和定义
ISO23833界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
面分析区域mappingarea 试样上由X方向和Y方向上等距像素点的正交阵列确定的面分析范围。 注：每个像素点的分析时间相同，将所有像素点采集到的数据以图像方式显示，即可展示每个所分析元素的分布。
3.2
电子束扫描beamscanning 电子束按设定时间在试样表面和显示屏同步移动。
1 GB/T32055—2015/ISO11938:2012
3.3
伪彩色面分布图 日pseudo-colourmap 假彩色面分布图 false-colour map 灰度面分布图grey-levelmap 使用不同灰度或颜色显示的元素浓度，每个像素点的灰度或颜色值代表所测元素在该像素点位置
的计数强度。 3.4
像素pixel 面分布图像中的单个数据点。
3.5
试样台模式面分析 stagemapping 在一个预先确定的正交阵列中，电子束静止不动，通过机械移动试样台产生X射线面分布图。
4面分析步骤
4.1概述
分析中使用的实验参数应根据ISO14594导则选择。 为了完成面分析，分析仪器应足够稳定。在整个面分析期间，由于仪器漂移引起的任何变化都应显
著小于由于所测量元素强度涨落引起的变化。仪器的稳定性可以通过仪器的性能测试来确定。稳定性的测量时间应与面分析所需时间相当。
注1：硅晶圆足够均匀和稳定，适于检测仪器的稳定性注2：背底测量有两种方法。第一种方法是逐点测量峰强度和背底强度。这种方法可以使试样台漂移和/或电子束能
量漂移的影响最小化，但是谱仪在每个像素点都需要在峰、背位置间来回移动，显著增加了分析时间，还可能有谱仪定位漂移的影响。第二种方法是在峰位和背底位置分别获取一个完整的面分布图。这种方法可以显著减少总的分析时间，并且避免了谱仪定位漂移的风险，但是更容易受试样台漂移和/或电子束能量漂移的影响。
4.2试样制备
试样制备要尽可能减小面分析中的人为影响和误差，不能改变试样的原有组分及其分布（见 ISO 22489)。
试样（参考物质和未知试样）应洁净、无尘。 试样应尽可能平整，若有必要，试样应使用介质包埋并进行金相抛光。 试样应具有良好的导电性。可以通过对试样喷镀合适的导电膜来避免电子束照射下的荷电效应。
在足以消除荷电的前提下，镀膜应尽可能薄。试样表面和金属样品台之间应建立导电通路。导电膜一般用碳膜，但特殊情况下，也可考虑其他材料（如Au、Al等）。厚约10nm～20nm的碳膜一般就足以形成好的导电性。建议参考物质和未知试样喷镀同种元素同等厚度的导电膜。 4.3测量步骤 4.3.1概述
面分析应按以下步骤执行： a）在试样上选择面分析的位置和区域； b）选择能满足所需空间分辨率的像素点数量，以及分析模式（试样台模式或电子束模式）； c）选定拟分析元素和仪器的测量条件； d) 采集每个像素点上特征X射线的峰和背底强度以及所需的电子信号（如背散射电子、二次电
子、吸收电流），并把所有数据逐点存储在电脑内存中；
2 GB/T32055--2015/ISO11938.2012
应用选定的校正方法对X射线数据进行处理（见第5章）； f) 数据可以显示为伪彩色面分布图，如图1所示； g) 面分析的步骤见图2概述。
e)
Fn(x,y,Db
2
b)
图1面分析数据转换为伪彩色面分布图的步骤
在试样上选择面分析区域和分辨率[图1a)]，通过逐个像素点移动电子束或试样台[图1a)]上方实线箭头完成面分析。在每个像素点位置（r，y)测得的X射线强度I，通过所选择的校正方法Fn(a，y，I）转换为分布图[图1b)]中对应像素点位置的伪彩色色阶。
开始
选择分析区域：
位置、大小、像素点数量、电子束或试样台扫描模式
选择分析条件：
元素X射线线系、峰和背底的位置”、谱仪、计数器类型和分光晶体、加速
电压、束流、驻留时间
采集数据：
峰和背底的X射线强度、需要的电子信号
应用校正方法：
原始X射线强度法、K值法、校准曲线法、对比法、基体校正法（见第5章）
显示数据
：为了避免峰重叠问题，推荐进行定性分析（见ISO17470)。
图2面分析测量步骤流程图 GB/T32055—2015/IS011938:2012
4.3.2探针条件
选择的加速电压应能有效地激发面分析区域内的所有元素。为了获得最好的分辨率，电子束在试
样中激发体积的直径应不大于像素间距。探针电流和驻留时间的大小，应使试样内所测元素的峰强度（谱峰高于背底的部分）足够高，从而具有统计学意义。轻元素和/或痕量元素组分可能需要更高的计数率或更长的计数时间。当材料对电子束敏感时，或者试样中拟测元素含量很高而使X射线探测器达到饱和时，束流和/或驻留时间的选择也会受到限制。
4.3.3试样台条件
为了满足检测特征X射线的布拉格衍射条件，X射线源、分光晶体和X射线探测器之间的几何关系必须是固定的。因此，工作距离（或光学焦点）应保持不变。
对于试样台模式面分析，试样表面应尽可能平整，根据ISO22489，试样应水平安装在样品室中以保持试样表面始终处于光学聚焦位置。当扫描区域变大时，可能很难保持整个试样都能达到光学聚焦。 使用自动化软件，与工作距离对应的Z轴位置可以根据X和Y位置的函数来确定，以保证整个面分析过程中都保持光学聚焦。 4.3.4扫描模式的选择
最佳的X射线检测取决于试样、分光晶体和探测器之间的几何关系，当电子束模式面分析的区域
超过最佳聚焦区域时，将会发生散焦（见图3）。只有当整个面分析区域内因谱仪散焦造成的信号损失可忽略不计时，才选择电子束模式，否则，应选择试样台模式。
100%
-6050 0-40 3020 -10 0 10 20 30 40 50 60
说明： X轴——电子束从中心聚焦点沿扫描方向的距离(微米)； Y轴—X射线强度。
图3X射线强度与电子束扫描范围关系图[以FeKα(LiF)为例］
4 GB/T32055—2015/ISO11938:2012
对于电子束扫描模式，在选定的分析条件下，应测定由于电子束在面分布图中心和边缘之间的位移而造成的最大强度差。这可以通过对已知均匀的试样区域或参考物质进行面分析测试来获得。散焦的程度也与谱仪相对于面分析区域的方向、衍射角θ以及分光晶体有关。因此，散焦程度的最小值，应针对元素、谱仪、分光晶体配置，根据电子束位移产生的X射线强度最大衰减率来确定。理想情况下，应对所有被测元素进行测定。假如由于散焦引起的X射线强度的最大差值大于分析要求所能接受的值，就应采用试样台扫描模式。 4.3.5束斑大小和像素点数量
根据分析目的，设定束斑大小，以与像素大小相匹配。
5元素面分布图的表示方法
5.1概述
元素面分布图可用原始X射线强度法、K值法、校正曲线法、对比法或基体校正法表示。 5.2原始X射线强度法
原始X射线强度法，是将所有像素点测量的未经校正的X射线强度数据直接绘制成元素面分布图。
因为不需要进行定量计算，所以这种方法的主要优点是数据采集快速简单。如果只测量试样中选定的元素而不是所有元素，分析时间还可以进一步减少。虽然计数统计性相对较差，但仍可见元素分布。
通常我们只需要测量试样中选定的元素而不是所有元素。该方法可以作为一种初步分析，用于决定还需要哪些更详细的分析，例如，定性给出试样的不均匀程度或者物相的数量。
该方法的局限性在于，因为没有进行基体校正，背底大小和吸收效应、荧光效应、原子序数效应可能会导致元素面分布图上一些明显的变化，而这些变化并不反映元素的真实变化。附录A中给出了一个示例。通过获取元素背底面分布图，并从相应的元素谱峰面分布图中减去背底面分布图，虽然可以进行部分校正，但是仍然不能弥补吸收或荧光效应的影响。
注：扣除背底强度并不是必须的。 5.3K值法
使用K值法时，每个像素点上测量的原始文射线强度要除以存储的参考物质的强度值。经过参考
物质元素含量校正后的结果，显示为面分布图。在可能的情况下，试样和参考物质的X射线强度值都应进行背底校正。
与原始X射线强度法一样，K值法也是一种快速、简单的分析方法，不需要测量试样中的所有元素。它可以作为定性的初步分析，或用于分析只能做一次元素面分析的电子束敏感试样。
由于只进行了粗略的校正，这种方法的局限性也与原始X射线强度法相似。没有对吸收、荧光和
原子序数效应进行校正，可能会导致元素分布的误判。 5.4校正曲线法
校正曲线法，需要用基体与试样相同且包含了试样成分范围的一系列参考物质获得校正曲线。校
正曲线用于将测得的原始强度转换为面分布图中的定量值。
该方法的主要优点是快速、简单，因为背底或基体效应已由参考物质自动进行补偿，不需要额外的计算。分析时间可以通过只分析试样中感兴趣的元素来进一步缩短。并且，即使计数统计性相对较差，
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