如何看懂EDX元素分析報告?為什麼同一個元素會出現多根頻譜峰?

在電路板組裝不良品的分析報告中我們經常會運用EDX/EDS來做元素分析,但是很多人其實對EDX的功能仍然搞不太懂,對EDS的元素分析報告更是一知半解,通常分析作到樣品打出了元素分析後,再來就不知道該怎麼繼續往下了!應該說很多人看不懂元素分析報告,到底EDX可以告訴我們那些有用的資訊。

所以,當有人慫恿你把不良品那去EDS時,你有預期可以得到什麼結果?EDX真的可以幫助你釐清問題嗎?

工作熊自己其實也不敢說完全了解EDX/EDS這檔事,當初也是自己一路摸索過來的,本文只是先起個頭,期待有人可以一起討論這個議題。

什麼是EDX/EDS?(傳送門)。提醒你:EDX/EDS只能打出元素(化學週期表中的元素),它無法打出化學分子式(它打不出來H2O)。

(對於大陸那些盜文網站,複製貼上本站文章後,居然還改成自己公司的名字,感到無恥!文章內容部份防止複製編排可能造成您閱讀的不便,請見諒!)

工作熊這裡列出了四個大家對EDX/EDS報告中可能比較有疑惑的問題做說明(由於篇幅有限,所以會分成兩篇文章,本文會先說明前兩個議題):







  1. EDX報告中的Weight%與Atomic%各自代表什麼意思?它們有何不同?wt%及at%值可以換相換算嗎?
  2. 為何用EDX量測出來的同一個元素會有多根頻譜峰呢?元素後面的K、L、M有何區別呢?
  3. 可以用EDX報告的元素含量來計算並推估出樣品的化學分子式嗎?
  4. 為何EDX總是會到打樣品中沒有的碳(C)與氧(O)元素呢?

(以下內容是工作熊道聽塗說來的,如果有專家路過或能人發現錯誤,還請不吝指教。)

    1. EDX報告中的Weight%與Atomic%有何不同?wt%與at%可以互相換算嗎?

    【Weight%】是元素重量的百分比,表示該元素在樣品中測得的重量除以樣品中所有打到元素總重量後的百分比。有時候會用【Weight%】或【wt%】來表示。

    【Atomic%】是元素原子數的百分比,表示該元素在樣品中測得的原子數除以樣品中所有打到元訴的原子總數百分比。有時候會用【Atom%】或【at%】來表示。

    【Weight%】與【Atomic%】是可以互相換算的,而其關連性就在「原子量」的身上。

    用wt%求at%的方法:

    只要將每個元素的wt%(重量百分比)除以其原子量(查化學週期表),就可以求得該元素的原子數了,將各元素的原子數去除以所有元素的原子數總和,就可以得出at%(原子數百分比)。

    用at%求wt%的方法:

    相反的,將每個元素的at%乘以各元素的原子量,就可以得到該元素的重量,將各元素的重量去除以所有元素的重量總和,就可以得出wt%。

    下面是一個wt%與at%互換的例子:

    這是一位網友丟出來的案例,借這個EDX/EDX量測出來的數據來計算並驗證wt%換算成at%。

    數據中C的wt%是19.26,查週期表得C的原子量為12.011,

    將 19.26/12.011 後,會得到其原子數為 1.60353,

    將 1.60353/3.16254(總原子數)x100%=50.70%,

    所以計算後得:C的at%為50.70%。其他的元素請自行換算,下面的表格為使用Excel公式計算後的結果(會有小數點取樣的誤差)。

    想利用at%換算成wt%,只要反向計算就可以了。將at%乘以各自元素的原子量就會得到重量。

    2.為何同一個元素用EDX量測出來會多峰?元素後面的K、L、M有何區別呢?

    這個關係到元素的電子層殼及其能階,建議可以複習一下基礎化學,原子依照其原子序的大小會有不同的軌道(電子層)數,由內向外會有所謂的K(2顆電子)、L(8顆電子)、M(18顆電子)、N(32顆電子)、O(50顆電子)、P、Q…等軌道層,而EDX量測是使用X射線撞擊在樣品上所得到各元素的頻譜,所以會得到同一個元素不同軌道的能階頻譜。請注意:EDX無法打出週期表中第一行的元素(氫、氦),週期表第二行以後的元素則可以打出K階的頻譜,週期表第三行以後可以打出L階的頻譜。

    至於計算元素時該選用K或L頻譜來當基準,通常會選用一個穩定且不易被干擾的峰型來為標準,來測定該原素的含量,其實也可以選擇其他峰來判斷,但一般較通用的就是K跟L,週期表第二行的元素也只能選K,而週期表第三行的元素一般也都選K,週期表第四、五行的元素才開始有選L的。當然也會有一些因為與其它原素的頻譜太過靠近,怕避免混淆而選擇其它頻譜來計算的情形出現。

    用影片說明什麼是EDX與SEM、用EDS的元素成份分析計算IMC化學式


    延伸閱讀:
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