ГОСТ Р ИСО 22309-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МИКРОАНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЙ

Количественный анализ с использованием энергодисперсионной спектрометрии для элементов с атомным номером от 11 (Na) и выше

State system for insuring the uniformity of measurements. Microbeam analysis. Quantitative analysis using energy-dispersive spectrometry for elements with an atomic number of 11 (Na) or above

ОКС 71.040.99

Дата введения 2016-06-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 107 "Зондовая и пучковая диагностика"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 июля 2015 г. N 877-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 22309:2011* "Микроанализ электронно-зондовый. Количественный анализ с использованием энергодисперсионной спектрометрии для элементов с атомным номером от 11 (Na) и выше" (ISO 22309:2011 "Microbeam analysis - Quantitative analysis using energy-dispersive spectrometry (EDS) for elements with an atomic number of 11 (Na) or above", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Рентгеновское излучение, возникающее в результате взаимодействия электронного пучка высокой энергии с образцом, обладает длиной волны (энергией квантов), характерной для элементов, содержащихся в образце. Интенсивность рентгеновского излучения от каждого элемента зависит от концентрации данного элемента в образце. Если измерить указанные интенсивности, сравнить их с интенсивностями от стандартного образца (или набора стандартных образцов), внести соответствующие поправки, можно определить концентрацию каждого элемента. Измерительные процедуры без использования стандартных образцов в процессе измерений также позволяют получить количественную информацию о концентрациях, но они включают сравнение либо с ранее измеренными опорными интенсивностями, данные о которых имеются в программном обеспечении оборудования, либо с интенсивностями, рассчитанными теоретически. Указанным измерительным процедурам, в зависимости от сделанных предположений, может быть присуща меньшая точность, чем методу, использующему стандартные образцы в процессе измерений (см. [1]-[8]). Существуют два основных метода измерений характеристического рентгеновского излучения. Первый основан на спектрометрии с дисперсией по длинам волн (СДДВ), второй - на энергодисперсионной спектрометрии (ЭДС). В настоящем стандарте рассматривается метод ЭДС.

Использование ЭДС для количественного анализа элементного состава (с атомным номером менее Z<11 (Na)) является более сложным, чем в случае Z11; некоторые из возникающих проблем описаны в настоящем стандарте.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к проведению электронно-зондового микроанализа с помощью энергодисперсионного спектрометра, входящего в состав растрового электронного микроскопа (РЭМ) или электронно-зондового микроанализатора (ЭЗМА) при определении элементов с атомным номером от 11 (Na) и выше.

Настоящий стандарт предназначен для применения при проведении количественного анализа элементного состава образцов в определенных точках или областях образца. Любое выражение для массовой доли элементов, как, например, "  массовая доля" или "  массовая доля", должно быть количественным (например, в процентах). Правильная идентификация всех элементов, содержащихся в образце, является необходимой частью количественного анализа, и она также рассматривается в настоящем стандарте. Настоящий стандарт представляет собой руководство по использованию различных подходов. Стандарт может использоваться для количественного анализа с нижней границей диапазона измерений массовых долей до 1% как с использованием стандартных образцов, так и без использования стандартных образцов в процессе измерений. Настоящий стандарт может быть с уверенностью использован при определении элементов с атомными номерами Z>10. В то же время, стандарт представляет также руководство для определения легких элементов с атомными номерами Z<11.

Примечание - В отдельных случаях стандарт применим и для измерений массовых долей вплоть до 0,1% при условии, что отсутствуют наложения спектральных пиков и отчетливо наблюдаются соответствующие характеристические спектральные линии. Стандарт применим, главным образом, для выполнения количественного анализа в образцах с плоской полированной поверхностью. Основные процедуры применимы также к неплоским образцам, однако вследствие этого возникают дополнительные составляющие неопределенности результатов измерений.

Для легких элементов существует несколько различных методов измерений с помощью ЭДС:

a) измерение площади спектральных пиков и сравнение соответствующих интенсивностей таким же способом, как и для более тяжелых элементов. При использовании данного метода для легких элементов увеличивается неопределенность и неточность результатов измерений (приложение А);

b) если известно, что легкий элемент образует с более тяжелыми элементами (имеющими Z>10) стехиометрические соединения, его массовую долю можно определить путем суммирования соответствующих массовых долей других элементов. Данный метод часто используется при измерениях массовой доли кислорода в силикатных минералах;

c) определение массовой доли легкого элемента с помощью процедуры вычитания. При этом массовая доля в процентах определяется путем вычитания из 100% суммы массовых долей в процентах долей более тяжелых элементов, измеренных в результате проведения анализа. Данный метод возможен только при высокой стабильности тока электронного зонда и при выполнении независимых измерений по крайней мере одного стандартного образца. Метод требует высокоточного анализа всех других элементов в образце.

Приложение A суммирует вопросы анализа легких элементов, которые дополняют вопросы, существующие для количественного анализа более тяжелых элементов. Если есть возможность использовать оба метода (ЭДС и СДДВ), то метод СДДВ позволяет преодолеть проблему наложения спектральных пиков, которая возникает при низких энергиях в методе ЭДС. Тем не менее, существуют проблемы, присущие обоим методам.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты (для недатированных ссылок следует применять последнее издание приведенных стандартов):

ISO 14594, Microbeam analysis - Electron probe microanalysis - Guidelines for the determination of experimental parameters for wavelength dispersive spectroscopy (Электронно-зондовый микроанализ. Руководство по определению экспериментальных параметров для волновой дисперсионной спектрометрии)

ISO 15632:2002, Microbeam analysis - Instrumental specification for energy dispersive X-ray spectrometers with semiconductor detectors (Технические требования к энергодисперсионным рентгеновским спектрометрам с полупроводниковыми детекторами)

ISO 16700, Microbeam analysis - Scanning electron microscopy - Guidelines for calibrating image magnification (Растровая электронная микроскопия. Методика определения увеличения изображения)

ISO/IEC 17025:2005, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories (Общие требования к компетентности лабораторий, проводящих тестирование и калибровку)

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 анализ без использования стандартных образцов в процессе измерений (standardless analysis): Методика количественного рентгеновского микроанализа, в которой опорное значение интенсивности пика в k-отношении (k-отношение - отношение измеряемой интенсивности пика и опорной интенсивности пика) получено на основе теоретического расчета, либо из сохраняемых данных, полученных ранее с помощью комплекта стандартных образцов, причем учитывают поправки на условия проведения анализа и на неполноту априорной информации.

3.2 аттестация (validation): Подтверждение того, что выполнены конкретные требования для конкретного предполагаемого использования. Такое подтверждение достигается путем экспертизы и представления объективных доказательств.

3.3 аттестованный стандартный образец; АСО (certified reference material CRM): Стандартный образец, одно или несколько свойств которого установлены метрологически обоснованными процедурами, сопровождаемый паспортом стандартного образца, в котором приведены значения этих свойств с указанием их неопределенности и утверждение о метрологической прослеживаемости.

3.4 воспроизводимость (reproducibility): Прецизионность в условиях воспроизводимости.

3.5 время чувствительности спектрометра (live time): Время, в течение которого измерительная система ЭДС способна регистрировать рентгеновские фотоны.

См. также мертвое время (dead time) (3.8).

Примечание 1 - Время чувствительности выражается в секундах (с).

Примечание 2 - Время чувствительности равняется времени выполнения анализа за вычетом мертвого времени. Время выполнения анализа - реальное время, которое можно было бы измерить обычными часами. При регистрации рентгеновского излучения время выполнения анализа всегда превышает время чувствительности.

3.6 интенсивность пика (peak intensity): Количество срабатываний детектора рентгеновского излучения под профилем характеристического пика (после вычитания интенсивности фонового излучения).

3.7 количественная ЭДС (quantitative EDS): Способ ЭДС, позволяющий приписать численные значения или выражения массовым долям элементов внутри анализируемого объема.

3.8 матричный эффект (matrix effect): Различие в величинах интенсивности характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента при одинаковом его содержании в разных по составу образцах, обусловленное влиянием других элементов, содержащихся в образце.

3.9 матричная поправка (matrix correction): Поправка, вводимая в процедуру вычисления массовой доли определяемого элемента, учитывающая матричные эффекты в исследуемом образце.

3.10 мертвое время (dead time): Время, в течение которого система не способна зарегистрировать новый фотон из-за обработки результата воздействия предыдущего.

Примечание - Данная величина часто выражается в процентах от полного времени измерения (см. время чувствительности).

3.11 неопределенность (uncertainty): Параметр, относящийся к результату измерения и характеризующий разброс значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

3.12 перенапряжение (overvoltage ratio): Отношение энергии падающего пучка к критической энергии возбуждения конкретной оболочки или субоболочки атома (K, LI, LII и т.д.), которая участвует в испускании характеристического рентгеновского излучения.

3.13 пики потерь (escape peaks): Пики, возникающие в спектре в результате потери энергии падающим фотоном на флуоресценцию в материале детектора.

Примечание 1 - Данные пики возникают при энергии, равной разности между энергией падающего характеристического рентгеновского излучения и энергией рентгеновского излучения, испущенного элементами материала детектора (1,734 кэВ у кремния).

Примечание 2 - Данные пики не могут возникнуть ниже критического значения потенциала возбуждения материала детектора, например пики потерь для K-линии кремния не появляются при энергиях ниже 1,838 кэВ.

3.14 повторяемость (repeatability): Прецизионность в условиях повторяемости.

3.15 поглощение рентгеновского излучения (X-ray absorption): Ослабление рентгеновского излучения, проходящего через вещество, имеющее место, главным образом, в результате фотоэлектрического поглощения для энергий рентгеновских фотонов, соответствующих диапазонам измерений ЭЗМА/ЭДС или РЭМ/ЭДС.

3.16 полная ширина на половине высоты; ПШПВ (full width at half maximum, FWHM): Мера ширины пика рентгеновского излучения после исключения фоновой составляющей спектра, используемая для полного описания профиля пика.

Примечание - ПШПВ определяют как полную ширину пика, измеренную на уровне, составляющем половину его высоты.

3.17 поправка на атомный номер (atomic number correction): Матричная поправка, которая модифицирует интенсивность излучения от каждого элемента, содержащегося в исследуемом образце и в стандартных образцах, для учета обратного рассеяния электронов и тормозной способности вещества, значения которых зависят от содержания всех элементов, в анализируемом объеме.

3.18 поправка на поглощение (absorption correction): Матричная поправка, обусловленная уменьшением интенсивности характеристического рентгеновского излучения вследствие его фотопоглощения всеми элементами в образце, при прохождении этого излучения через образец к детектору.

3.19 поправка на флуоресценцию (fluorescence correction): Матричная поправка, которая модифицирует интенсивность излучения от каждого элемента в исследуемом образце и в стандартных образцах, для учета избытка интенсивности рентгеновского излучения от элемента "А" из-за поглощения характеристического рентгеновского излучения, испускаемого элементом "В", энергия квантов которого выше энергии ионизации элемента "А".

3.20 прецизионность (precision): Степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях.

Примечание - Меру прецизионности обычно выражают в терминах неточности и вычисляют как стандартное отклонение результатов измерений. Меньшая прецизионность соответствует большему стандартному отклонению.

3.21 прослеживаемость (traceability): Свойство средства измерений, заключающееся в документально подтвержденном установлении его связи с государственным первичным эталоном соответствующей единицы величины посредством сличения эталонов единиц величин, поверки, калибровки средств измерений.

3.22 профиль пика (peak profile): Форма характеристического пика, зависящая от энергии отдельных рентгеновских фотонов и относительного числа рентгеновских фотонов данной энергии, в ситуации, когда спектрального разрешения энергодисперсионного спектрометра не достаточно для того, чтобы спектрально разрешить рентгеновские фотоны различных энергий, формирующие данный характеристический пик.

3.23 разрешение (по энергии) (resolution <energy>): Полная ширина пика на половине высоты, зарегистрированного с помощью энергодисперсионного спектрометра.

Примечание - Обычно разрешение принимают равным полной ширине пика на половине высоты линии характеристического излучения Mn K (5,894 кэВ), хотя можно использовать пики и от других подходящих элементов.

3.24 разрешение (пространственное) (resolution <spatial>): Пространственная характеристика метода микроанализа.

Примечание - Пространственное разрешение выражают в терминах линейного или объемного размера области образца, из которой регистрируется характеристическое излучение определяемого элемента.

3.25 стабильность пучка (beam stability): Мера изменения тока пучка в ходе выполнения анализа.

Примечание - Стабильность пучка выражают в процентах в час (%/ч).

3.26 стандартный образец; СО (reference material, RM): Образец вещества (материала) с установленными по результатам испытаний значениями одной и более величин, характеризующих состав или свойство этого вещества (материала).