金属材料実験の手引き 1．組織観察 1-3 走査型電子顕微鏡を用いた分析手法 1-3-1 エネルギー分散形X線分光法(EDS)による元素分析

Abstract

   非営利・一般財団法人ファインセラミックスセンター(JFCC)ナノ構造研究所 電子顕微鏡基盤 G上級技師 兼)材料技術研究所材料評価・試作 G1 級技能技師(〒456 8587 名古屋市熱田区六野 2 4 1) Keywords: scanning electron microscope, energy dispersive X ray spectroscopy, characteristic X ray (走査型電子顕微鏡，エネルギー分散形 X 線分光法，特性 X 線) † 特性 X 線を用いる分析手法としては，特性 X 線の波長を用いる波長分散形 X 線分析(Wavelength dispersive spectrometryWDS)法も 知られています．EDS は，この WDS に対して，(1)検出感度が高い，(2)小さいプローブ電流で分析が可能なため試料損傷が少ない， (3)短時間で多元素の同時分析が可能，等の利点があります．逆に，WDS は EDS に比べて，(1)エネルギー分解能が高い(10～20 eV)， (2)検出限界が高い(～0.01程度)，といった利点があります． 2021年 5 月14日受理[doi:10.2320/materia.60.498] 図 1 鉄(Fe)原子モデルにおける X 線の発生． 十分なエネルギーを有する電子が原子に入射すると，内殻電子 が弾き飛ばされ(図中赤点線)，その空位へより高いエネルギー 位置にある電子が落ち込みます．この時に放出される電磁波が 特性 X 線です．また，照射電子が原子内を通過する際(図中灰 色線)に原子核の静電場によって曲げられて減速するときに発 生するエネルギーは連続 X 線として放射されます．連続 X 線 は測定時にバックグランドとして検出されます．    実 学 講 座  巻記念企画 金属材料実験の手引き 1．組 織 観 察 1 3 走査型電子顕微鏡を用いた分析手法 1 3 1 エネルギー分散形 X 線分光法(EDS)による元素分析 横 江 大 作    エネルギー分散形 X 線分光法(EDS)による元 素分析     はじめに 一般に EDS や EDX と呼称されるエネルギー分散型 X 線 分光法(Energy dispersive X ray spectroscopy，以下，EDS) は，試料に電子線を照射したときに生じる特性 X 線のエネ ルギー値を半導体検出器を用いて検出することで，試料を構 成する元素の定性および定量解析を行う手法です．点分析や 線分析，マッピングを行うことで，どの領域にどのような元 素が存在しているかを簡便に知ることが可能です．本稿では， EDS の原理や測定条件の考え方，解析時の注意点などにつ いて解説します．なお，本稿では SEM を用いた EDS 分析 を前提とします † ．     元素分析の仕組み ◯  特性 X 線とは (1) (5) 十分なエネルギーを有する電子が原子に入射すると，非弾 性散乱する過程において，内殻電子が弾き飛ばされ，その準 位に空位が生じた励起状態となります．励起した原子は，そ の後直ちに，より高いエネルギー位置にある電子がその空位 へ落ち込むことで定常状態に戻ります．この現象を遷移と呼 び，電子が空位に落ち込むことで放出されるエネルギーは， 電磁波(X 線)として放射されます(図)．この X 線を特性 X 線と呼びます．遷移間のエネルギー差は元素固有の値と なるため，特性 X 線のエネルギーを知ることで元素の種類 を知ることができます．特性 X 線を発生させるためには， 内殻電子の励起エネルギー(内殻電子を弾き出すためのエネ ルギー)が必要であるため，電子線の加速電圧は少なくとも 目的のエネルギー値以上に設定しなければなりません． このような特性 X 線には，電子が遷移するときの軌道間 の違いに依存して数多くの種類が存在します(図)．特性 X 線の名称は，電子が遷移する先の軌道名称を用いて，K 線， L 線などと呼称され，さらに，遷移前の軌道によって，a 1 ， a 2 ，b 1 などのように呼称されます．例えば，L  軌道から K 軌道，M  軌道から K 軌道に遷移したときに発生する特性 X 線は，それぞれ Ka 1 線，Kb 1 線と呼ばれます．また，各 a 1 線および a 2 線，b 1 線および b 2 線をまとめて Ka 線，Kb 線，または，各 a 線と b 線をまとめて K，L，M 線と呼ぶ