AZtecLive / Ultim Max

センサー面積

Ultim Maxは、複数のセンサーエリアのオプションをご用意しています。センサーエリアを大きくすると、サンプルから放出されるX線をより多く収集することができるため、より高い感度が得られます。

同じ条件で使用すると、Ultim Max 170 mm²検出器は、従来の10 mm² SDD検出器の最大17倍のデータを収集することができます。そのため、同じ時間に17倍のサンプルをマッピングすることができます。

同じ顕微鏡条件でセンサーエリアを変えて収集したX線マップ。カウントレートは、10 mm²で88,000cpsから170 mm²で1,500,000cpsに増加しています。したがって、同じデータ品質であれば、マップの解像度は10 mm²の128x128ピクセルから170 mm²のセンサーエリアでは512x512ピクセルに向上し、より多くのサンプルを同じ時間で明らかにすることができます。

低ノイズＸ線検出

Ultim MaxにはExtreme Electronicsが組み込まれています。これらのエレクトロニクスは、2012年に初めて達成されたEDSによるリチウム検出のために開発されたもので (Burgess et al. 2013) 、X-Max Extremeと新しいUltim Extremeのウィンドウレス検出器を用いて、リチウム電池材料の分析に使用されています。

Extremeエレクトロニクスは、SDD用としては最も低いノイズ信号の検出と処理を実現しています。大面積のUltim Max検出器で容易に実現できる高いカウントレートで、優れたエネルギー分解能とスペクトル品質を実現します。100 mm² の検出器では、20kV で約 1nA で 130,000cps を発生させることができますが、MnKα での分解能は通常 125eV 未満です。

Ultim Max 100を用いてFeS₂から<1nA、20kVで収集したスペクトル。カウントレートは130,000cps、MnKαで測定した分解能は124.2eVでした。

リチウム電池の固体電解質中のLiAl酸化物からUltim Extremeを用いて収集したスペクトル。X線マップのオレンジ色の領域で、LiKが黄色、AlLが赤色の領域に対応しています。

SEM とのベローズインターフェース

全てのUltim Max検出器は、電子顕微鏡にベローズインターフェースを採用しています。これにより、検出器の挿抜時に真空度が維持されます。

モータースライド機構

すべてのUltim Max検出器には、電動スライドが内蔵されています。これにより、AZtecLiveソフトウェアからのソフトウェア制御、または検出器ハウジングのボタンを使用して、検出器を簡単かつ迅速に出し入れすることができます。

>400,000CPSでの定量分析

Ultim Max検出器とAZtec Liveソフトウェアの組み合わせだけが、400,000cps以上の定量分析を、低カウントレートで得られるの結果と同様の正確で標準的な結果を提供します。

Ultim Max センサと Extreme エレクトロニクスは、カウントレートに依存しない形状と相対的なピーク強度を持つスペクトルを正確に処理して生成するために必要な信号の安定性と忠実度を提供します。

AZtecLiveには、このスペクトルを自動的に信頼性の高い定量結果に変換するために必要な独自のTru-Q技術が含まれています。Tru-Qは以下のように構成されています。:

• FLS – スペクトルからX線バックグラウンドを除去し、同定された元素のピークプロファイルをフィットさせてピーク領域を計算するためのロバストなアルゴリズム。
• QCAL – すべての元素のピークプロファイルの正確な位置、分解能、形状を決定するための新しいユニークなアプローチにより、純粋な元素のピーク面積とそれに対する強度（"k-ratio"）の計算に新たなレベルの精度をもたらします。
• XPP – Kレシオを元素濃度に変換するマトリックス補正アルゴリズムは、あらゆる種類のサンプルでより正確な結果が得られることが証明されています。
• PPC – 非常に高いカウント率で存在するパイルアップX線を予測し、スペクトル内の正しい位置に戻すための特別なアルゴリズム

正長石試料からUltim Max 100を用いて400,000cps以上で収集したスペクトル。元のスペクトルは、AZtecLiveのパルスパイルアップ補正を使用して補正され、黄色のスペクトルになっています。サムピークの除去に加えて、X線イベントが正しいエネルギーで置き換えられ、実際の特徴的なX線ピークの強度が補正されています。

正長石試料から400,000cps以上（黄色）と4,000cps以上（赤色）で収集したスペクトルの比較。自動パルスパイルアップ補正が適用されると、2つのスペクトル間にピーク位置、形状、強度の違いは見られません。

400,000cpsと4,000cpsで収集したスペクトルから計算した正長石試料の組成。

>1,000,000CPS でのX線マッピング

Ultim Maxは、1,000,000,00cps以上のカウントレートで優れたスペクトル分解能と信号の安定性を維持します。新しいX4パルス・プロセッサは、Ultim Maxと連携してこの非常に高いレートで信号を処理するように設計されており、AZtecLiveの超高速マッピングを実現します。

AZtecLiveでは、1秒以下マッピングを使用してリアルタイムの化学画像を作成し、サンプルのナビゲーションや粒子の確認に役立ちます。1,500,000cpsのX線マップをわずか5秒で収集することで、関心のある領域の元素構成の詳細な画像が得られ、自動相分析に必要な十分なデータが得られます。

鉱物試料から採取したX線マップ（150万cps、5秒間）

センサーサイズの重要性

感度を最大化するには、できるだけ多くのX線を収集する必要があります。検出器が収集できるX線の数は、センサーの面積とセンサーとサンプル間の距離の2乗の逆数に比例する立体角によって決定されます。

Ultim Maxは新しい革新的なデザインを採用し、最大のセンサーを試料にできるだけ近づけて配置しています。これにより、前世代のX-MaxN検出器に比べて最大2倍の立体角を実現しました。

センサー面積と立体角を最大化することで、EDSを実際に使用する際に多くの重要なメリットが得られます。メリットは以下の通りです。:

• 同じデータをより早く収集することで生産性を最大化
• より多くのデータを同時に収集することで感度を最大化
• サンプルの損傷と汚染を最小限に抑えることで、サンプルの完全性を最大限に高めます。
• X線マッピング時の低ビーム電流化による画質の最大化
• 低加速電圧での信号維持によるナノ分析のための空間分解能の最大化

センサー面積が大きくなるほど、EDS検出器の性能が向上します。

10mm²と170mm²の検出器の模式図で、センサー面積が大きくなるにつれて、検出器が収集できるX線の数が増加することを示しています。

センササイズに依存しない性能

Ultim Max検出器は、センササイズによらず同じスペクトル分解能を保証しています。すべての標準仕様の検出器は、設置時およびユーザー操作時に130,000cpsで測定したMnKaで127eV以下の分解能を保証しています。  両方のセンササイズで達成された典型的な分解能は125eVよりも優れています。すべてのセンサはまた炭素で56eV以下の分解能（130,000cps）が保証された優れた低エネルギー性能を持っています。この性能を達成するために特別な操作モードは必要ありません。

つまり、Ultim Max検出器を選択する際には、より大きなセンサーを搭載した検出器を選択した場合でも、検出器の性能やデータ品質が低下することはありません。したがって、より大きなセンサーを搭載した検出器を選択すると、妥協を許さずにサイズの利点を得ることができることを意味します。

100mm²と170mm²のセンサーで同じ顕微鏡条件で収集したMnスペクトル。センサー面積の増加は、検出器の分解能や性能に妥協することなく、より高いカウント率を意味します。

サンプルダメージ

ビーム損傷の大部分は、電子ビームによる試料の電離,電子誘起加熱,試料の帯電の3つの原因から生じる。これらの損傷メカニズムは、主に電子エネルギーとビーム電流の2つの要因に依存している。試料の損傷を最小限に抑えるためには、電流と電子エネルギーのバランスをとる必要があります。

Ultim Maxの大型センサーサイズと高感度は、試料中のビームダメージを最小限に抑えるために必要な条件でX線を収集することを可能にします。最大170 mm²のセンサーサイズにより、従来の10 mm²の検出器と比較して17倍のビーム電流を使用することができます。

10分間のEDSマップ取得の前後に収集したLi電池電解質試料から収集した電子像。5kVでは試料は著しく損傷しています。Ultim Maxの高感度により、損傷が大幅に減少する2.5kVの電子エネルギーでの使用が可能になりました。

試料汚染

X線マップや高分解能画像を取得する際には、電子ビームへの長時間の曝露による汚染物質の蓄積が常に問題となります。Ultim Maxはセンサーサイズが大きいため、同じデータをわずか1/17の時間で収集することができます。これにより、電子ビームへの曝露を最小限に抑えることができるため、コンタミネーションの蓄積を最小限に抑えることができます。これにより、コンタミネーションではなく試料を分析することができます。

1分と17分のEDSマップ取得後のコンタミネーションの蓄積を示すスピナーボウル試料の電子写真。

TruMap

TruMapは、サンプル内の元素のばらつきを正確に把握することができます。TruMapは、X線マップのエラーの原因となる一般的なアーティファクトを、データ収集時にリアルタイムで正確に除去します。その結果、X線スペクトルのばらつきとは無関係に、元素の空間的な変化のみが表示されます。

マップの各ピクセルでは、X線のバックグラウンドが除去され、すべての元素のピークが分離されるようにスペクトルが処理されます。これにより、スペクトル内でピークが重なっている場合でも、元素の信号が正確に分離されます。さらに、異なる相のバックグラウンド強度の違いによって引き起こされる、見かけ上のマイナーな元素のばらつきも除去されます。

Mn (MnKα)とCr (CrKb)のようにピークが重なっている場合、従来のX線マッピングでは、各元素のエネルギーウィンドウ内のすべてのX線カウントが結合されるため、大きな誤差が生じます。

このサンプルの Mn と Cr のマップは同じように見えますが、これは Cr 信号の優位性によるものです。TruMap は MnK と CrK を分離して、本当の Cr の変化を変えることなく、本当の Mn の変化を表示します。

真の化学組成変化の強調表示

SDD検出器を用いて毎秒数十万、数千、数百万カウントで収集したX線マップでは、多くの場合、非常に細かい低強度の詳細が確認できます。これは、実際の元素の違いというよりも、バックグラウンドX線の強度の違いによるものです。

バックグラウンドX線強度は、ある相の平均原子番号に関係しています。相が重ければ重いほど、その相が発するバックグラウンドX線の量が多くなります。そのため、酸化物マトリックス中の金粒子は、粒子が存在する場所では、周囲のマトリックス中よりも高い元素強度を持っているように見えます。この試料から得られた高計数率X線マップでは、平均原子番号が大きく異なる相のため、周期表のすべての元素について明らかなばらつきが見られます。

そのため、低強度信号を正確にマッピングするためには、バックグラウンド信号を除去する必要があります。TruMap は Tru-Q FLS 技術を使用しており、各相のバックグラウンドをモデル化する必要がなく、自動的にバックグラウンドが除去されます。これにより、微量元素の実際の変動を決定することができます。

Au、Fe、SiO2、BNについて同じ条件で収集したX線スペクトル。Tiマップの計算に使用したエネルギーウィンドウの強度（赤）は、材料によってバックグラウンドの強度が異なるため、大きく異なります。

サンプル中のマイナーレベルの Ti の X 線マップ。このサンプルにはTiと重なる元素が含まれていないにもかかわらず、従来のX線マップでは、Cr/Fe粒子と周囲の酸化物マトリックスとの間のバックグラウンドの強度変化により、大きな誤差が生じていることがTruMapで確認できました。

低濃度元素のマッピング

Ultim MaxとAZtecLiveを組み合わせることで、微量元素の変化をマッピングする独自の機能を提供します。Ultim Maxは、0.1wt%レベルの画像変化に対して十分な精度を達成するために十分なカウント数を迅速に提供するのに十分な感度を持っています。ピークオーバーラップやバックグラウンド強度によるばらつきは、TruMapによって自動的に正確に除去されます。

このサンプルのMnとTiのTruMapsは、WDSで確認されたマイナー元素の実際のばらつきを明らかにしています。Mnは0～0.3wt%、Tiは0～0.1wt%の間のばらつきがはっきりと見て取れます。

軽元素分析

X線エネルギーが1keV未満の軽元素の場合、X線ウインドウの材料特性に関わらず、X線ウインドウが存在するとカウント率が低下します。Ultim Maxのセンサーサイズを大きくすることで、サンプルから発生する低エネルギーX線をより多く収集することができます。また、最先端のエレクトロニクスにより、より多くの低エネルギーX線を計数することが可能になりました。このパワフルなコンビネーションが、軽元素の感度を最大限に高めます。

究極の軽元素感度を実現するために、Ultim Extremeはウィンドウレス操作を採用し、ライトエレメントの感度を最大8倍に向上させます。

低加速電圧分析

EDSの空間分解能を向上させるためには、電子ビームの入射エネルギーを下げる必要があります。電子線の入射エネルギーが減少すると、発生するX線の数も減少します。これを克服するために、Ultim Maxの大型センサーサイズは、最も過酷な条件下でも最大のカウント数を達成することを保証します。100 mm2と170 mm2のセンサーサイズにより、電子線の入射エネルギーを5kVから3.5kVまで低下させても、安定した計数率を達成することができます。

バルクサンプルにおける究極の空間分解能を実現するために、Ultim Extremeは1.5kV以下の電子エネルギーで実用的な計数率を達成することができます。 

一定の収集時間で収集したN, O, SiのTruMapsは、入射電子エネルギーの減少に伴い空間分解能が向上していることを示します。また、Ultim Extremeの場合はウィンドウレス収集を使用し、立体角を大きくすることで、低kVでのカウント率を維持しています。