APEX2.0 X線マッピングの特長：地質サンプルの分析例

はじめに

X線マッピングにより、観察領域の元素分布を視覚的に理解できます。高度でスマートなマッピング機能がEDAX^® APEX™ 2.0 に組み込まれ、使いやすい操作性で材料の化学的性質をより深く理解できます。このアプリケーションノートでは、花崗岩のサンプルを用いてAPEX 2.0のさまざまなマッピング機能を使用し、高品質で正確なデータを可能な限り迅速かつ効率的に取得する方法を示します。データは、EDAX Octane Elite シリコンドリフト検出器を搭載した低真空電子顕微鏡を使用して収集しました。

ダイナミック元素マッピング

収集前に、最小限のマッピングパラメータの設定が必要です。ユーザーがマップの品質を選択すると、X線カウントレートに基づいて時定数が自動的に選択され、ピクセルあたりの平均カウントに基づいて収集時間が決定されます。ユーザーは、マッピングのパラメータを手動で設定することもできます。ダイナミック元素マッピング機能により、マッピング収集中に元素を追加または削除して、興味のある元素のみを表示できます。 元素、線種、ユーザーが選択したエネルギー領域（ROI）を、ライブ収集中に簡単に編集できます（図1）。この機能は、不要な元素マップの表示を消し、正確な元素リストで収集しながら、より正確な定量結果を提供します。

Figure 1. Elements, element lines, and user-selected regions of interest can be easily added or removed in live mapping mode with Dynamic Element Mapping.

モンタージュ広域マッピング

花崗岩は粗く結晶質の火成岩です。このサンプルは、通常2mmを超えるサイズの多くの斑晶で構成されています。モンタージュ広域マッピングを使用すると、サンプル内の斑晶全体をユーザー定義の解像度でマッピングできます。低解像度はサンプルの概要把握に使用され、高解像度はサンプルを詳細に収集します。これは、SEMステージをコントロールして、斑晶上でグリッドパターン状に個々のマップを収集し、それらをモンタージュに貼り合わせます。モンタージュマップは、このような比較的広いサンプル領域での元素分布を適切に表示し、局所の特徴的なエリアから高品質のスペクトルを抽出できます。説明付きで使いやすいステップバイステップのセットアップウィザードにより、簡単に収集できます。

CompoMaps – ライブネットマッピング

PKモンタージュマップは、斑晶の内部に大量のリンリッチな粒子が分布していることを示しています（図2b）。これらの粒子はリン酸カルシウムであり、火成岩の中でケイ酸ジルコニウムと共存することがあります。

Figure 2. a) Si-K and b) P-K montage maps of an entire heart-shaped phenocryst in the granite sample.

PK線とZrL線は、わずか29 eVのエネルギー差で重なっているため、両方の鉱物が存在する場合、これらの元素マップのエネルギー範囲（ROI）はほぼ同じです。ライブネットマッピング機能であるCompoMapsは、バックグラウンド除去とピーク分離を実行して、マッピング中にPKとZrLを分離し、正確に表現することができます。ユーザーは、ライブマップ収集中いつでもROIとNETの表示を切り替えることができます。この特長を実証するために、リン酸カルシウムとケイ酸ジルコニウムの両方を含む斑れい岩サンプルをマッピングしました（図3）。

Figure 3. Live ROI maps of a) P-K (green) and b) Zr-L (red). The two maps are almost identical due to heavily overlapped ROIs. Live NET maps of c) P-K and d) Zr-L. The two elements are separated out by live background subtraction and peak deconvolution. e) An overlay of P-K and Zr-L live NET maps show the two elements exist in separate phases.

マップの再構築とEDS定量マップ

ライブマッピング中に見落し元素が見つかった場合、マップの再構築によりいつでも元素を追加できます。マップをROIまたはNETとして再構築する以外に、花崗岩サンプル内のさまざまな鉱物間の濃度変動を調査するため、定量マップを作成できます。完全な定量分析ルーチンをすべてのピクセルについて実行し、マップはWt%またはAt%で表示されます。定量マップにスケールを付けることで、ユーザーは色合いに基づいて濃度を簡単に推定できます。鉱物の種類は、ゼロ、中間、高のSi濃度の変化に応じて決定できます（図4）。

Figure 4. Wt.% map of Si-K from the center of the phenocryst shown in Figure 1. The brightest areas in the image can be identified as quartz (silicon dioxide) due to the wt.% indicated by the color scale. Si wt.% in stoichiometric quartz is 46.7%.

Maxピクセルスペクトル

積算スペクトルは、サンプルの主要元素を特定するのに役立ちます。一方、主成分元素に比べて微量しか含有しないマイナー元素は目立たない傾向があります。Maxピクセルスペクトルは、各エネルギーのカウント数が最も多いピクセルを見つけ、そのピクセルのスペクトルを積算することで、マイナー元素を検出できます。図5aは、MnKαピークがモンタージュマップの積算スペクトルでは確認できないが、Maxピクセルスペクトルでは検出していることを示しています。この情報を使用して、Mnを再構築したモンタージュ元素マップを作成ことができます（図5b）。この小さな介在物から抽出されたスペクトルは、それが約5 Wt%のMnを含む酸化鉄-チタンであることを示しています。Feはリッチで、Tiは斑晶に広く分布しているため、この小さな酸化物鉱物はTiとFeのモンタージュマップでは明確ではありません。各データポイントは単一のピクセルに基づいているため、Maxピクセルスペクトルはノイズが多くなりますが、合計スペクトルのS/N比がより小さな元素が強調表示されます。

Figure 5. a) A maximum pixel spectrum (cyan) of the montage map shows a tiny Mn Kα peak that is not visible in the sum spectrum (red outline). b) A rebuilt montage map of Mn-K indicates small inclusions with minor Mn inside the phenocryst. c) A montage map of Ti-K. The iron-titanium oxides with minor Mn are not obvious in this map.

スマートフェーズマッピング

SiKのモンタージュマップには、さまざまな色合いが表示され、斑晶内のさまざまな種類のケイ酸塩およびその他の非ケイ酸塩鉱物が示されます（図2a）。 APEX 2.0のスマートフェーズマッピング機能を使用すると、一般的なフェーズマップをマッピング収集中にすばやく作成し、鉱物の迅速な特性評価を行うことができます。必要に応じて、マップ収集または後処理中にフェーズの名前を変更したり、統合することができます（図6）。ユーザーは相分離の許容範囲 を制御できます。ライブ取得中に抽出されたフェーズスペクトルの定量化、または事前に定義されたフェーズライブラリのいずれかを使用して、相をさらに識別することができます。ユーザーは、データの後処理中にSpectrum Match機能を使用することもできます。最初から最後まで、最小限の操作で実行できます。これらの相分析手法は、金属の基本的な介在物分析など、他のアプリケーションでも利用できます。

Figure 6. Phase map and elemental maps of the blue phase from a sampling area inside the phenocryst. The blue phase has been renamed quartz because it is composed of Si and O and confirmed by extracted spectra.

CPSマッピングとノーマライズ

このサンプルおよび他の鉱物サンプルでは、地質学的プロセスによってサンプルに亀裂が生じる可能性があります。また、鉱物は耐研磨性が異なるため、表面に凹凸がある場合があります。X線マップの品質は、X線カウントが変化する可能性のあるこれらの条件の影響を受けることがよくあります。これまでは、分析結果について表面形状の影響を解釈して決定するのはユーザー任せでした。APEX 2.0のカウント/秒（CPS）マップ機能は、これらのしばしば理解しにくい解釈を支援することができます。CPSマップは、データセット内のすべてのピクセルでのX線カウントを視覚的に表現します。最も明るいピクセルは最もカウントの多い領域を示し、暗いまたは黒い領域はX線カウントがほとんどまたは全く無いことを示します。これは、サンプル領域全体のカウントの変動をすばやく簡単にチェックできます。たとえば、図7aの黒い領域は、形状によるカウントの不足を示しています。これらの領域は、CPSスマート機能のもう1つの利点であるCPSノーマライズ（図7bおよび7c）を適用することで補正できます。

Figure 7. a) A CPS map of the center of the phenocryst. The black triangle region in the center is a crack on the surface. b) The original ROI map of O-K. c) A ROI map of O-K after CPS normalization. The variations in count rate due to topography are compensated.

まとめ

この種の分析は、さまざまな材料とアプリケーションに適用できます。APEX 2.0のマッピング機能の使いやすさ、柔軟性、およびカスタマイズ機能により、ユーザーはサンプルを深く理解し、データを解釈、説明するためのさまざまな強力なツールを利用できます。