La spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) permet une analyse élémentaire et chimique d'un échantillon à l'intérieur d’un microscope électronique (MEB, MET, FIB) ou d’une microsonde. Les détecteurs EDS d'Oxford Instruments fonctionnent sur la plate-forme logicielle AZtec, un système révolutionnaire de caractérisation des matériaux qui recueille des données précises à l'échelle micro et nanométrique.

Cette sous-série de blogs servira d'introduction à l'EDS analyse en MET et couvrira la préparation d'échantillons, la génération de rayons X, l'analyse qualitative et quantitative, et bien d’autres sujets. Dans l'article précédent, nous avons discuté de la mesure du faisceau réglée par l'utilisateur. Ici nous traiterons de l’utilisation des standards pour l'analyse EDS.

Pourquoi standardiser l'analyse EDS ?

L'analyse quantitative peut être effectuée sans qu'il soit nécessaire de mesurer les matériaux standard puisque votre système est fourni avec un ensemble complet de standardisations par défaut. Cependant, dans des cas précis, l'utilisation de vos propres normes conduira à une amélioration de vos résultats quantitatifs. L'objectif de Standardize (Figure 1) est donc de vous permettre de définir vos propres normes d'analyse quantitative.

Figure 1. L'application Standardize vous permet de configurer vos propres normes pour l'analyse quantitative.

L'analyse quantitative des éléments dans un échantillon nécessite une mesure précise de l'intensité des pics, avant que la concentration des éléments dans un échantillon puisse être calculée. Lors de la détermination des aires des pics dans les spectres, deux problèmes se posent :

• Un spectre typique contient des pics caractéristiques, qui se superposent à un fond variant lentement, qui est "bruyant" en raison des variations statistiques. Cette contribution de fond doit être soigneusement soustraite du spectre.

• La résolution en énergie impose une limite à la séparation des pics. L'identification des pics n'est généralement pas un problème, mais les pics qui se chevauchent nécessitent une déconvolution, avant de pouvoir extraire les véritables intensités de pic pertinentes pour les éléments présents dans l'échantillon.

Une fois ces intensités déterminées, une comparaison est alors effectuée avec des étalons de composition connue, suivie de l'application de corrections matricielles, avant de pouvoir déterminer la concentration de chaque élément.

À quoi sert la normalisation ?

Afin de faire une comparaison directe entre l'intensité et la concentration, on se réfère à un échantillon standard dans lequel la relation entre Istd (intensité de l'étalon) et Cstd (concentration de l'étalon) est connue avec précision.

Une fois que cela est connu, ce rapport peut être utilisé pour déterminer la concentration de cet élément dans un échantillon inconnu (Cspe) puisque l'intensité de l'élément dans l'échantillon (Ispe) peut être mesurée. Cxspe est la concentration de l'élément X dans l'échantillon inconnu et Ixspe est l'intensité du pic correspondant de l'élément X dans l'échantillon inconnu. Toutes les intensités sont supposées avoir été corrigées du bruit de fond. La concentration de l'élément X dans le spécimen inconnu peut être approximée comme :

Cxspe={Cxstd(Ixspe/Ixstd)}

,et est souvent appelée concentration apparente ou concentration non corrigée. Une fois ces « concentrations apparentes » déterminées, les pourcentages en poids des éléments sont ensuite calculés en appliquant une correction matricielle aux rapports d'intensité mesurés. Ces corrections tentent de tenir compte et de corriger les effets des rayons X traversant la matrice de l'échantillon, tels que l'absorption des rayons X dans le matériau.

Le rapport en valeur entre la concentration apparente et la concentration réelle est une mesure des corrections de matrice qui doivent être incluses dans le calcul. Cependant, la nécessité de la correction est minimisée si la composition de l'échantillon standard est aussi similaire que possible à la composition de l'échantillon inconnu. Cela signifie simplement que l'effet sur l'intensité des rayons X des rayons X traversant l'échantillon et l'étalon est similaire. Comme ces corrections matricielles ne peuvent être calculées qu'avec une certaine précision, le choix du matériau standard est très important pour que la quantification soit la plus précise possible.

Quand standardiser ?

La nécessité de normaliser dépend du niveau de précision que vous exigez de votre analyse sur un matériau donné. En règle générale :

• Si vous avez besoin d'une précision telle que les erreurs relatives soient inférieures à 2 %, vous devez normaliser.

• Si vous quantifiez des éléments dont les raies X se trouvent dans la région de basse énergie du spectre (ce qui peut être le cas si vous utilisez une tension d'accélération inférieure à 15 kV, ou si l'élément que vous quantifiez a un numéro atomique inférieur à 11), la normalisation améliorera vos résultats quantitatifs.

• Si les corrections de matrice sont élevées, comme ce serait le cas pour la quantification de Al dans une matrice Pd, (par exemple léger dans lourd, lourd dans léger), où votre correction d'intensité Ic est > 1,25 ou < 0,8, vous devez normaliser. La correction d'intensité est donnée dans les résultats quantitatifs.

Il n'est pas nécessaire de normaliser si :

• Vous voulez seulement savoir de quelle phase il s'agit.

• Vos standards sont de mauvaise qualité (rugueux, sales).

Nous avons ici discuté de l’utilisation des standards pour les mesures EDS. Dans le prochain article, nous traiterons des pics d’empilement.

Les spectromètres EDS sont courants dans les microscopes électroniques à balayage, les microscopes électroniques à transmission et les microsondes. Pour en savoir plus sur EDS ou pour planifier une démonstration, contactez un spécialiste des applications d'Oxford Instruments ici.

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