Correction for Na Migration Effects in Silicate Glasses During Electron Microprobe Analysis

Abstract

전자현미분석기를 이용한 규산염 유리의 정량화학조성 분석 시 알칼리 원소, 특히 Na이 전자빔에 의해 분석 영역 밖으로 이동(migration)하면서 X선 측정 세기가 시간에 따라 감소하는 현상은 오래 전부터 알려져 왔다. EPMA로 규산염 유리의 Na 함량을 정확하게 측정하기 위해서는 전자빔에 의한 Na 이동을 최소화하는 분석방법을 적용하거나 Na 이동에 따른 X선 측정 세기의 감소 효과를 보정해 주어야 한다. 본 연구에서는 X선 세기의 시계열 변화 곡선을 이용해 Na 이동에 의한 X선 감소를 보정할 수 있는 Probe for EPMA 소프트웨어의 Time Dependent Intensity (TDI) 보정 기능을 이용해 규산염 유리 표준시료 8종의 Na을 분석하였다. 일반적인 지질시료 분석 조건인 15 kV 가속전압, 20 nA 전류 세기 하에서 TDI 보정의 정확도를 검증하였다. 연구 결과 20 μm 크기의 큰 전자빔을 사용했을 때는 Na 감소가 거의 일어나지 않아 보정 없이도 Na의 함량을 정확하게 측정할 수 있었다. 빔의 크기가 10 μm 이하일 때는 Na 감소가 일어나 최대 ？55 %에 달하는 큰 오차가 발생하는데 TDI 보정을 적용해 이 오차를 ±10 % 이내로 줄일 수 있다. Na X선 시계열 변화의 초기 측정값에 가중치를 주고 변화 추세를 선형적으로 가정하는 방법을 사용하면 상대오차를 ±6 % 이내로 더 줄여 정확한 Na2O 함량을 얻을 수 있었다. 따라서 알칼리 원소가 많이 포함된 유리질 시료의 경우 분석 영역이 충분히 크지 못한 경우에는 적절한 TDI 보정을 반드시 해주어야 정확한 조성을 얻을 수 있다. Electron bombardment to silicate glass during electron probe microanalysis (EPMA) causes outward migration of Na from the excitation volume and subsequent decrease in the measured X-ray count rates of Na. To acquire precise Na2O content of silicate glass, one should use proper analytical technique to avoid or minimize Na migration effect or should correct for decreases in the measured Na X-ray counts. In this study, we analyzed 8 silicate glass standard samples using automated Time Dependent Intensity (TDI) correction method of Probe for EPMA software that can calculate zero-time intercept by extrapolating X-ray count changes over analysis time. We evaluated an accuracy of TDI correction for Na measurements of silicate glasses with EPMA at 15 kV acceleration voltage and 20 nA probe current electron beam, which is commonly utilized analytical condition for geological samples. Results show that Na loss can be avoided with 20 μmsized large beam (<0.1 nA/μm2), thus silicate glasses can be analyzed without TDI correction. When the beam size is smaller than 10 μm, Na loss results in large relative errors up to -55% of Na2O values without correction. By applying TDI corrections, we can acquire Na2O values close to the reference values with relative errors of ~ ±10%. Use of weighted linear-fit can reduce relative errors down to ±6%. Thus, quantitative analysis of silicate glasses with EPMA is required for TDI correction for alkali elements such as Na and K.