REM-EDX
Analyse
korrelative
Mikroskopie,
Filterpräparation, Die
3 Betriebsarten,
Spektrum
und Materialdatenbanken
JOMESA PSE: Elementanalyse mit REM-EDX |
Anforderungen an die Filterpräparation
Um Filtermembrane sowohl im optischen Mikroskop-System (JOMESA HFD) als auch im Rasterelektronenmikroskop (JOMESA PSE) untersuchen zu können müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllt werden.
1.
Der
Filter muss, wegen der begrenzten Tiefenschärfe, hinreichend
plan sein.
Daher scheiden Methoden wie Planieren durch
Glasabdeckung oder Fixieren in einen Filterhalter mit Glasabdeckung
aus, da Glasabdeckungen für Elektronen nicht durchlässig
sind und somit eine Untersuchung im REM-EDX unmöglich wird.
2.
Die
Partikel müssen auf der Filtermembran fixiert
sein.
Filtermembrane sind nichtleitende Materialien. Der Beschuss
von Partikeln auf der Filtermembran mit Elektronen führt zur
elektrischen Aufladung der Partikel und damt besteht die Gefahr dass
diese unkontrolliert wegfliegen.
Bei dem Transport der
Filtermembran vom optischen zum REM-EDX System muss gewährleistet
sein, dass die Partikel sich nicht in der Postion oder Lage
verändern. Dies ist inbesondere bei großen (> 500µm)
Partikeln ein Problem.
Die Fixierung darf nicht störend im
optischen oder REM-EDX Bild in Erscheinung treten, da sonst die
Beurteilung der Partikelherkunft beeinträchtigt ist.
Die
Fixierung darf die Partikel nicht überdecken, da sonst die EDX
Analyse verschlechtert oder unmöglich gemacht wird. Damit
scheiden Kleberlösungen, welche die Partikel (durchsichtig
zwar) überdecken als Methode zweiter Wahl aus.
Eine manuelle
Umlagerung der Partikel vom der nichtleitenden Filtermembran auf
Kohlenstofftape ist aus Zeit- und Kostengründen nicht bei
Serienuntersuchungen anzudenken.
3.
Aufgrund der isolierenden Eigenschaft der Filtermembran treten
selbst bei fixierten Partikeln im REM-EDX Aufladungseffekte auf,
welche gute REM Bilder oft unmöglich machen und die Bestimmung
des Gebietes in dem eine EDX-Analyse erfolgen soll, schwierig
gestalten.
Die Verwendung von sog. „low-vacuum“ oder
„variable pressure“ Aufnahmebedingungen ist nur eine
Methode zweiter Wahl, da das Niedervakuum zwar die
Aufladungsphänomene reduziert aber gleichzeitig die Quälität
der EDX Spektren verschlechtert.
Probenbeschichtungen (mit Gold,
Kohlenstoff etc) scheiden aus, da derartig behandelte Proben oft die
Analyse im optische Mikroskop stören, d.h. es besteht die
Gefahr, dass alle Partikel als metallische Partikel identifiziert
werden. Auch im EDX werden die Partikelspektren durch eine
überlagerte Sputterschicht verfälscht. Zudem ist die
Beschichtung der Proben aufwändig und teuer.
Die Verwendung
ionischer Flüssigkeiten ist im REM-EDX Umfeld bekannt, die
Anwendung und Rahmenbedingungen bei der Filteranalyse
(Partikelanalyse auf Filtermembranen) sind jedoch noch nicht Stand
der Technik.
4.
Der Filter sollte mit Markierungen versehen werden können,
damit optische und REM-EDX Verfahrung synchronisert werden kann. Die
Markierung sollte permanent aufgebracht sein und der Filter sollte
in einem kostengüstigen Träger sein. Die Markierung muss
sowohl im optischen Mikroskop als auch im REM detektiert werden
können. Dadurch scheiden einfache farbige Aufdrucke aus.
5.
Da die optische Analyse viel schneller und kostengünstiger
durchgeführt werden kann als die REM-Untersuchung, sollte der
Filter vor der Analyse im REM-EDX vor weiterer Verschmutzung
geschützt aufbewahrt werden können.
6.
Der vermessene Filter sollte archiviert werden können, um
Wiederholmessungen und Überprüfungen zu ermöglichen.
Als Konsequenz daraus hat JOMESA ein Verfahren geeignet zum Handling von PET und Polyamid (Nylon) Filtern entwickelt (Patent angemeldet).
Schritt 1: der JOMESA SEM-Filterrahmen
Der
SEM-Filterrahmen besteht dem unterem Teil (linkes Bild) auf dem
der Filter aufgelegt wird. Auf der rechten oberen Seite dieses
Teils ist ein Kupferplättchen integriert, das zum präzisen
Abgleich der Position des Filters zwischen HFD und PSE dient. An
der rechten oder linken unteren Ecke kann ein QR Code angebracht
werden. |
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Schritt 2: die JOMESA Fixation Solution FS-ACR1: Sicherer Halt der Partikel auf dem Filter.
Die JOMESA Fixation Solution ist ein in Aceton gelöstes Acrylat Monomer. Die Filtermembran wird auf den benetzten Filtermount in die Lösung gelegt. Das Aceton verdunstet, das Acrylat polymerisiert zwischen Filtermembran und Partikel statt. Durch die Polymerisierung werden die Partikel auf dem Filter fixiert. Die Oberseite der Partikel bleibt unbedeckt, die Analyseresultate werden nicht verfälscht.
JOMESA Fixation Solution:
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Konventionelle Fixierklebstoffe
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Wie wird die JOMESA Fixation Solution angewendet?
Es wird 0.2 ml der JOMESA Fixation Solution FS-ACR1 auf eine Spritze aufgezogen. |
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Die JOMESA Fixation Solution FS-ACR1 wird gleichmäßig innerhalb der kreisförmigen Markierung verteilt. |
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Der Filter wird auf die Lösung appliziert und trocknen lassen. |
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Um den Filter vor
Verunreinigungen zu schützen kann die Glasabdeckung wieder
aufgesetzt werden.
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Schritt 3: Messung des Filter mit dem optischen Mikroskop (JOMESA HFD)
Der Filter im optischen Mikroskop (JOMESA HFD). Vor dem Abrastern des Filters wir automatisch die Justiermarke rechts oben angefahren. |
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Die
Justiermarke im Bild des HFD: |
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Schritt
4: JOMESA Conductivity Solution CS-IL1
Die
JOMESA Conductivity
Solution ist eine organische Flüssigkeit, die Filter und
Partikel elektrisch leitfähig überzieht. Die ionische
Flüssigkeit enthält nur organische Bestandteile und daher
nur die Elemente C, O, N und H.
Die Anwendung der
Conductivity-Solution CS-IL1 ist optional. Sie ist erforderlich,
wenn elektrostatische Aufladungen im Hochvakuum die Bildqualität
stören und optimale REM-Bilder gewünscht sind. Sie ist
nicht notwendig, wenn nur EDX-Analysen der Partikel gemacht werden
sollen. Sie ist oft sinnvoll, wenn der Ort an dem das EDX Spektrum
bestimmt werden soll, genau festgelegt werden muss.
Ohne JOMESA Conductivity Solution |
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Mit JOMESA Conductivity Solution |
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JOMESA
PSE arbeitet im Hochvakuum. Die Argumente hierfür:
"...
X-ray microanalysis in the VPSEM and ESEM can be a useful tool to
complement SEM imaging, but the analyst must recognize the
inevitable limitations that result from gas scattering compared to
the level of analytical performance achieved in a conventional high
vacuum SEM. … While it is usually possible to achieve useful
results for major constituents, minor and trace constituents are
likely to be severely compromised. … Quantitative analysis of
areas with micrometer dimensions is severely compromised.... ."
"...
Röntgenmikroanalyse im Variable-Pressure- oder
Environmental-Rasterelektronenmikroskop ist eine nützliche
Ergänzung zu bildgebenden Verfahren, jedoch muss sich der
Nutzer um die unvermeidlichen Beschränkungen - bedingt durch
die Streuung am Restgas - bewußt sein, wenn man mit der
analytischen Leistung vergleicht, die in einem konventionellen
Hochvakuum-REM erreicht wird. … Während es normalerweise
möglich ist, brauchbare Resultate für die
Hauptbestandteile einer Probe zu bekommen, sind die Ergebnisse für
Nebenbestandteile und Spurenelemente erheblich beeinträchtigt.
...Quantitative Analyse in Mikrometer-Bereichen ist erheblich
beeinträchtigt... ."
Dale E. Newbury, National
Institute of Standards and Technology:in: Journal of research of the
National Institute of Standards and Technology 2002 Nov-Dec; 107(6):
567–603.
Wie wird die JOMESA Conductivity Solution angewendet?
Es wird ca. 0,2 ml JOMESA Conductivity Solution CS-IL1auf eine Spritze aufgezogen. |
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Die JOMESA Conductivity Solution CS-IL1 wird gleichmäßig über den fixierten Filter geträufelt und trocknen lassen. |
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Schritt 5: Messung des Filter mit dem Rasterelektronenmikroskop (JOMESA PSE)
Der SEM-Filterrahmen kann mit einem speziellen Halter direkt im PSE Elektronenmikroskop analysiert werden. |
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Wie zuvor im Lichmikroskop HFD dient der Cu-Justiermarker zum Positionsabgleich des Filters in den beiden Mikroskopen |
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Übersicht Komponenten:
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