Quantitative Analyse mit ESPRIT

Schnell, zuverlässig und genau

Vergleich standardfreier und standardbasierter Quantifizierung am Beispiel eines Cr-Ni-Stahls

Stainless Steel Spectrum
Spectrum of the stainless steel sample
used for analysis

Die Genauigkeit von standardfreier und standardbasierter Quantifizierung gehören zu den am häufigsten diskutierten Themen in der EDS-Analytik. Dieses Anwendungsbeispiel eines Edelstahls präsentiert Möglichkeiten, potenzielle Stolperfallen und Ergebnisqualität.

Es gibt zwei Faktoren, die die Genauigkeit der Quantifizierung entscheidend mitbestimmen: die korrekte Elementidentifizierung und die Genauigkeit der Peak-Entfaltung. Edelstahl kann eine ganze Reihe an Elementen in einer Konzentration unterhalb 1 % enthalten. Sie können leicht übersehen werden. Peak-Überlagerungen sind bei Stahlproben häufig zu beobachten, insbesondere bei mittleren Ordnunszahlen (24 - 28) überlappen die Kβ-Peaks der leichteren Elemente mit den Kα-Peaks der nächst schwereren. Das kann zu Fehlern führen, wenn das schwerere Element nur in geringer Konzentration vorhanden ist.

Folgende Schlussfolgerungen können aus den Analyseergebnissen gezogen werden:

  • Automatische Peak-Identifizierung führt häufig zu unbefriedigenden Resultaten in Bezug auf gering konzentrierte Elemente. In diesem Falle helfen ESPRITs leistungsfähige Entfaltungswerkzeuge dabei alle Elemente zu finden.
  • Die standardfreie Analytik an sich bietet bereits eine sehr gute Ergebnisqualität, die aber durch folgende Vorgehensweise weiter verbessert werden kann:
    a) Zunächst standardfrei quantifizieren
    b) Nutzen der Ergebnisse zur Auswahl geeigneter Standards
    c) Nachfolgende standardbasierte Analyse.
    ESPRITs einzigartige Hybrid-Quantifizierung kann hier benutzt werden; sie kombiniert standardfreie Quantifizierung mit standardbasierter Quantifizierung für Elemente für die Standards vorhanden sind.
  • Die Ergebnisse der standardfreien P/B-ZAF Analytik können durch die Verwendung von Referenzen weiter präzisiert werden. Dies ist besonders bei der Analyse rauer Proben hilfreich.

Zugehörigen Applikationsbericht #01 herunterladen (PDF, deutsch)

 

Leichtelementquantifizierung mit TQuant: Analyse von Bornitrid (BN) bei verschiedenen Beschleunigungsspannungen

BN Spectra for Quantification with TQuant
BN spectrum normalized with respect
to the zero peak to indicate overall
spectrum change according to variation of
overvoltage: 3 kV (red), 5 kV (blue outline),
10 kV ( green outline), 20 kV (yellow)

TQuant ist die Leichtelement- / Niedrigenergiequantifizierungs-routine, die jetzt Teil der standardfreien Quantifizierungssoftware von ESPRIT ist. Sie wird hier für die Analyse von Bornitrid bei verschiedenen Anregungsenergien. Bornitrid (BN) mit einem Elementkonzentrations-verhältnis von 50 : 50 Atom% zeigt zwei spezifische Peaks im Spektrum. Der B K-Peak ist bei 183 eV zu sehen, der N K-Peak bei 392 eV. Beide sind im Bereich sehr niedriger Energien, was bedeutet, dass eine ganze Reihe von Faktoren, die die Peak-Höhen beeinflussen berücksichtigt werden müssen:

  • die Detektoreffizienz,
  • die Absorption der erzeugten Strahlung innerhalb der Probe,
  • das Überspannungsverhältnis (Beschleunigungsspannung des REMs, sie sollte bei dem 2,5- bis 3-fachen der Peak-Energie in keV liegen).

Zusammengefasst bedeutet das, dass es unmöglich ist, die Elementkonzentrationen in einem Leichtelementspektrum anhand der Peak-Höhen abzuschätzen. Eine angepasste Quantifizierungsroutine wie TQuant wird benötigt, um die Elementkonzentrationen auch bei verschiedenen Anregungspannungen zu ermitteln:

Quantifizierungsergebnisse von BN-Spektren
Beschleunigungs-
spannung / kV
Bor / at.%Stickstoff / at.%
350,749,3
550,449,6
1050,549,5
2051,248,8

Zugehörigen Applikationsbericht #09 herunterladen (PDF, englisch)

Leichtelement und Niedrigenergieanalytik an einer TiB2-TiC-SicC-Keramik mittels hyperspektralem EDS-Mapping

Ceramic Sample Image with Analysis Locations
Image of the ceramic sample analyzed.
Green squares indicate areas, where
spectra were obtained

Dieses Anwendungsbeispiel befasst sich mit dem analytischen Problem der standardfreien Quantifizierung im Niederigenergiebereich. Die Herausforderung wird zum einen durch Absorptionseffekte und zum anderen durch Schwierigkeiten bei der Untergrundberechnung durch hohe Absorptionskanten erzeugt. Die TQuant Leichtelementquantifizierungsroutine wurde benutzt um das Problem zu lösen.

Die untersuchte Probe besteht aus einer gesinterten Hartstoffkeramik, Hauptkomponenten sind Titandiborid (TiB2), Titankarbid (TiC), Siliziumkarbid (SiC), daneben sind noch eine Reihe von geringer konzentrierten Bestandteilen vorhanden. Eine polierter aber unbedampfter Schliff des Materials wurde analysiert.

Aufgabe war es, die Flächenspektren an den Analysenpunkten in obiger Abbildung auszuwerten. Die Spektren wurden aus Gebieten gleicher Zusammensetzung aus einem Hypermap der Probe extrahiert. Die Spektren von 16 Pixeln wurden zwecks besserer Statistik addiert, trotzdem enthalten sie lediglich 5.000 bis 9.000 Impulse und entsprechen einer Gesamtmesszeit von lediglich 0,5 s. Fünf dieses Spektren je Phase wurden quantifiziert. Die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengefasst, die Angabe "s" ist die Standardabweichung, "Abweichung" die relative Abweichung, d.h., die Differenz zwischen dem Quantifizierungsergebnis und der erwarteten stöchiometrischen Zusammensetzung:

TiB2Quantifizierungsergebnisse
Erwartet
/ At.%
Gemessen
/ At.%
s
/ ±At. %
Abweichung
/ %
B66,768,10,72,1
Ti33,331,90,7-4,2
TiC-Quantifizierungsergebnisse
Erwartet
/ At.%
Gemessen
/ At.%
s
/ ±At. %
Abweichung
/ %
C50,049,81,2-0,4
Ti50,050,21,20,4
SiC-Quantifizierungsergebnisse
Expected
/ At.%
Measured
/ At.%
s
/ ±At. %
Deviation
/ %
C50,050,91,11,8
Si50,049,11,1-1,8

 

Die Ergebnisse zeigen, dass TQuant zuverlässige standardfreie Analysenergebnisse liefert, sogar unter den genannten erschwerten Messbedingungen.

Zugehörigen Applikationsbericht #10 herunterladen (PDF, englisch)