電子プローブマイクロアナリシス(EPMA)
｜測定原理・特徴｜解析｜装置仕様｜EPMAカラーマッピング｜分析例｜FE-EPMA｜関連情報｜
測定原理・特徴
EPMA（Electron Probe Micro-Analysis：電子プローブマイクロアナリシス、またはXMAとも言います）は、固体試料表面に細く絞られた電子線を照射して、試料と電子線との相互作用により発生する特性X線を効率よく検出することにより、試料を構成している元素とその量（wt%）を知ることができる分析手法です。電子線を照射することによって、特性X線の他に2次電子や反射電子等が発生します。
2次電子線像は、主に試料表面の形態観察（SEM像）と分析場所の選定に用いており、また反射電子線像は分析場所周辺の相対的な組成の違い（組成像）と形状（凹凸像）を知るのに利用されます。
図．EPMA装置による微小異物の分析の概略
解析
EPMA分析では次の解析を行うことができます。
| 像撮影 | 特性X線像(B〜U)、2次電子線像、反射電子線像。 |
|---|---|
| 定性分析 | ピークエネルギー値(EDX)、および波長(WDX)から元素の定性分析が可能です。 |
| 定量分析 | 特性X線の強度から標準試料を用いて定量分析を行うことが可能です。標準試料が無い場合には、半定量分析になります。 |
| 線分析 | 最小数μm〜最大数cmの指定した線上（線幅1〜200μm）で、元素の分布分析が可能です。 |
| 面分析 | 最小10μm〜最大数cmの指定した領域での元素分布分析が可能。マッピングによって、元素の2次元的な分布が明確に表示されます。 |
| 状態分析 | 最外殻の電子の状態を調べることで、状態分析ができる場合があります。 |
装置仕様
| 装置 | JXA733型 日本電子製（EDX装備：EDAX 9800型 日本フィリップス製） JXA8500F型 日本電子製 |
|---|---|
| 分析深さ | 約1μm（加速電圧の設定とサンプル中の元素の種類によって変わります） |
| 分析面積 | 数μm〜200μm程度（通常は約1μmφ以下） |
| 検出元素 | EDXはNa〜U、WDXはB〜U |
| 検出限界 | EDXは0.02〜0.1wt%程度、WDXは0.01wt%程度だが、元素によって異なります |
※特性X線の検出方法は2通りあります。EDX：エネルギー分散型X線検出器、WDX：波長分散型X線検出器
EPMAカラーマッピング
−特徴−
EPMAによる面内の組成のカラーマッピングとは、それぞれの分析点で検出される特性X線の強度をX-Y座標に記録し、面方向での元素（組成）分布を見る方法です。面内の分布が一目でわかるカラーマッピングは魅力的な手法です。
カラーマッピングの測定方法としては、サンプル表面で電子線を走査するビームスキャン法と、サンプルステージをX-Y方向でスキャンするステージスキャン法の2つのモードがあります。これらを使い分けることにより、数10μm〜数cmの広範囲な分析領域に対応できます。
| 測定方法 | 特徴 | 測定範囲 |
|---|---|---|
| ビームスキャン | 電子ビームを走査して情報を取り込みます。 | 数100μm〜数10μm□ ＊1μm□以下の領域のマッピングも可能です。 |
| ステージスキャン | 電子ビームを静止させステージを移動させます。 | 数10μm〜8cm□ |
＊ マッピングでは、特性X線の強度分布だけでなく、2次電子線や反射電子線の強度も組成のデータと同時に取り込むことができます。
−使用装置−
- 装置：JXA-8500F（日本電子（株）製）
- 測定元素：B〜U
- 分解能：1024×1024のピクセルまでの測定が可能
−マッピングの利点−
- カラーマッピングは視覚的に理解されやすい結果が得られます（1wt%程度の濃度差が識別できます）。
- 既知の標準試料を用いることによって絶対的な濃度表示も可能です。
- 組成組合せマップも得ることができます。
- デジタル情報のために、薄膜などの薄いサンプルでもデータ加工によって表現することができます。
分析例
−定性・半定量分析−
光学顕微鏡で見えるガラス中の微小異物を表面に出すために研磨を行い、その後EPMAで測定を行いました。
図の定性スペクトラムから、異物はPt（白金）であることがわかります。また､2次電子線像から約10μmの異物であることがわかります。
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2次電子線像（SEM像） |
定性スペクトラム |
−ビーム・スキャンマップの一例（異物の分析）−
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2次電子線像（SEM像） |
元素組合せマップ （左図虫眼鏡部分の拡大） |
−ステージ・スキャンマップの一例−
ガラス表面付着物の分析例
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光学顕微鏡像（×200） |
Inのマップ像 |
Snのマップ像 |
FE-EPMA
H18年度に導入した最新型FE-EPMA（日本電子製JXA-8500F）は従来のEPMAと比較し高精度な分析が可能となりました。
従来より微小領域が測定できるようになりました。
従来の熱電子放出型電子銃ではなく、FE電子銃を搭載しているため、数万倍のクリアな像が容易に観察できます。
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熱電子放出型電子銃（従来型） |
FE電子銃（新装置） |
図．磁気テープ表面のSEM像の比較（30000倍）
従来のEPMAでは不可能であったnmオーダーの膜厚の薄膜や微小領域の組成分析が可能になりました。
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図．多層膜の反射電子線像 |
図．マッピング分析結果 |
軽元素の検出感度が向上しました。
EPMAは元素に応じて、最適な分光結晶を使い分けています。BやOなどの軽元素は従来よりも数倍の感度を有する分光結晶を搭載しますので、確度のよい分析が可能になります。
湾曲した試料でも、正しい元素分布が得られるようになりました。
マップ分析では、検出器と試料表面の距離が強度に寄与するため、試料表面が平坦であることが必須条件でしたが、測定ソフトの向上により、湾曲試料も可能になります。
＊特殊な形状の試料については事前にご相談下さい。
Na等の軽元素が減衰することなく、正確な線分析データが得られるようになりました。
関連情報
コラム Glass University特別編「FE-EPMA（電界放射型電子プローブマイクロアナライザー）」
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