Die Möglichkeiten der Elektronenstrahl-Mikroanalyse

Elektronenstrahl-Mikroanalysesysteme sind die am häufigsten genutzten analytischen Zusätze an Rasterelektronenmikroskopen. Diese Systeme verwerten die beim Beschuß der Proben mit Elektronen als Nebenprodukt entstehende charakteristische Röntgenstrahlung. Man erhält eine Analyse der chemischen (elementaren) Zusammensetzung der abgerasterten Probenbereiche, unter Umständen von nur wenigen Kubikmikrometern. Die analytische Information, die uns diese Systeme liefern, wird für nahezu alle Anwendungsbereiche der Rasterelektronenmikroskopie genutzt, z.B. im Bereich der Materialuntersuchung (Metallegierungen, Keramiken, moderne Verbundwerkstoffe), Oberflächenbeurteilung, Schadensanalyse (Untersuchung von Bruchflächen), Kriminalistik (Vergleichsuntersuchungen an sehr kleinen Objekten), Biologie und Medizin (Stoffwechsel, Stoffverteilung), Halbleitertechnologie (Qualitätskontrolle der Bauelemente), und für viele weitere Anwendungen.


Im Vergleich mit anderen analytischen Verfahren ergeben sich einige Vorteile:
 
Spektrum
Spektrum einer Goldlegierung
* Diese Systeme können bei Bedarf ohne besonderen Aufwand mikroanalytisch arbeiten, es können also sehr kleine Volumina unter gleichzeitiger mikroskopischer Beobachtung und Kontrolle analysiert werden. 
* Die Elektronenstrahl-Mikroanalyse arbeitet in vielen Fällen vollkommen zerstörungsfrei. Die Proben werden dabei also in keiner Weise verändert. Aufwendige Probenpräparationsschritte können entfallen.
* Das EDX-System, eines der verwendeten Mikroanalysesysteme, arbeitet sehr schnell. Die gezielte einzelne Messung kann bei gleichzeitiger qualitativer Auswertung meist in weniger als einer Minute durchgeführt werden.
* Das EDX arbeitet simultan. Alle Elemente der untersuchten Substanz werden vom EDX quasi gleichzeitig erfaßt. Deshalb muß nicht schon vorher bekannt sein, was die Substanz enthält oder enthalten könnte. Ein erfahrener Operator wird kaum einen Bestandteil der Substanz übersehen.
Eisen-Verteilungsbild
Eisen-Verteilungsbild - 122,0 kB
* Auch quantitative Analysen einzelner Meßpunkte können nach der qualitativen Spektren-Auswertung mit einem EDX-System jeweils in wenigen Minuten durchgeführt werden.
Unter Analysenbeispiel können Sie sich den Ergebnisausdruck einer solchen quantitativen Analyse ansehen.
   
* Mit diesen Systemen kann man die Verteilung eines Elementes in einem Objektbereich (siehe Bild links) oder die Konzentration von Elementen entlang einer Profillinie über einen Objektbereich darstellen. Das bedeutet, daß sich auf diese Weise bestimmte morphologische Details mit chemisch-analytischen Informationen verknüpfen lassen.

In folgenden Fällen verwendet man besser andere Analysenverfahren :

* Im Bereich der Spurenanalytik :
Das EDX hat eine relativ geringe Nachweisempfindlichkeit. Im Idealfall sind Konzentrationen bis hinunter zu 0,1 Gew.% (1000 ppm) nachweisbar. Mit dem WDX erreicht man Konzentrationen bis hinunter zu 50-100 ppm. In speziellen Fällen kann die Nachweisempfindlichkeit noch durch Anwendung eines Röntgenfluoreszenz-Verfahrens im REM um etwas eine Größenordnung verbessert werden.
 
* Bei außerordentlich hohen Ansprüchen an die Analysengenauigkeiten :
Folgende Einschränkungen sind hierbei zu beachten: Um genaue quantitative Analysen zu erhalten, müssen in der Regel Anschliffe der Substanzen vorliegen, da die Röntgenmikroanalyse stark geometrieabhängig ist. Außerdem ist das Verfahren matrixabhängig, so daß sich genaue Analysen nur für Bereiche der Substanz mit homogener Verteilung aller Elemente erhalten lassen. Gegen beide Beschränkungen wird in der Praxis oft verstoßen, da typische REM-Proben häufig geometrisch unregelmäßig und chemisch inhomogen sind. Nur ein erfahrener Operator wird die dabei auftretenden systematischen Analysenfehler einschätzen und begrenzen können.
* Für einige wenige Elementkombinationen mit eng benachbarten Linien im Röntgenspektrum :
Elemente mit sehr eng benachbarten Linien können infolge des physikalisch begrenzten spektralen Auflösungsvermögens von EDX-Systemen nicht sicher getrennt werden. Bei WDX-Systemen entfällt diese Beschränkung.

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