地球環境研究，Vol.16（2014）SEM-EDS による火山ガラスの定量分析と問題点
小

暮

岳

実＊

清

水

隆

一＊

川

野

良

信＊＊

キーワード：走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型 X 線分析装置、火山ガラス、定量分析

1 ．はじめにSEM-EDS（Scanning Electron Microscopy — Energy
Dispersive Spectroscopy）は、走査型電子顕微鏡での観察時に照射された電子ビームによって試料中の元素が励起されて放出される特性 X 線を検出することで試料の化学分析を行う装置である（佐野、2003）。EDS は一般に、EPMA（Electron Probe Micro Analyzer）に比べて分析精度が低いため、定量分析には不向きと考えられているが、機器の性能向上に伴いその差は縮まりつつある（木村、1994）。また、大場ほか（2011）は SEM-EDS と WDEPMA を用いた珪酸塩鉱物の定量化学分析を比較し、適切な標準試料を用いることで両者は整合的かつ正確な分析値が得られると述べている。つまり、正しく保守 ・ 管

図1

日立ハイテク社製走査型電子顕微鏡（S-₃₄₀₀N）と OxfordInstruments 社製エネルギー分散型 X
線分析装置（x-act）

理された SEM-EDS を用いれば、数μ m の微少サイズの

EDS を用いた火山ガラス（特に、数μm サイズの微小試料についても観察と同時に化学分析を行い、容易にかで、一粒もしくは数粒の少量しか得られない場合）の定

つ迅速にデータを取得することが可能ということである。

量化学分析の方法について解説し、分析方法の問題点に

立正大学地球環境科学部環境システム学科では、平成ついて議論する。

24年度末に SEM-EDS の更新を行い、日立ハイテク社製
走査型電子顕微鏡（S-3400N）と Oxford Instruments 社
製エネルギー分散型 X 線分析装置（x-act、分析ソフト：

2 ．SEM-EDS の概要

INCA）を設置した（図 1 ）。新たに導入した機器は、従新たに導入された SEM-EDS は、旧機と同様に走査型来設置していた旧型の SEM-EDS（日立製作所製走査型電電子顕微鏡部（SEM 部）とエネルギー分散型 X 線分析

子顕微鏡 S-3500N と HORIBA 社製 X 線分析装置 EMAX-

装置（EDS 部）から構成されている。電子光学系を構成

7000；川野ほか、2010）に比べ性能や操作性が飛躍的にしている電子銃はプリセンタードカートリッジフィラメ

向上しており、以前に比べより詳細な分析を行うことがント方式を採用しており、煩雑なフィラメント交換が極できる。川野ほか（2010）は、主として珪酸塩鉱物の定めて容易にできるようになった。また、最初からフィラ

量化学分析について述べたが、火山ガラスの分析についメントのセンタリングも行われており、習熟度の低い学ては十分な精度を得ることができず、今後の課題として生でも交換にかかる時間は15分ほどである。加速電圧は残していた。新規導入した SEM-EDS は旧機に比べて分

0.3 〜 30kV の 範 囲 で 変 更 が 可 能 で あ り、 低 加 速 電 圧

析精度が向上しており、珪酸塩鉱物のみならず火山ガラ（ 3 kV）と高加速電圧（30kV）での二次電子像分解能

スの定量化学分析にも適している。

（高真空）はそれぞれ10nm と3.0nm である。倍率は 5 〜

本論は、立正大学地球環境科学部に導入された SEM＊  立正大学大学院地球環境科学研究科＊＊
 立正大学地球環境科学部

300,000倍で自由に変更できる。対物ガラス絞りは 4 孔可

9SEM-EDS による火山ガラスの定量分析と問題点（小暮・清水・川野）

動絞りで、観察条件によって適切な絞りを選択することが可能である。試料ステージは 5 軸標準モーターステー
ジを備え、試料位置をパソコンに記録させておけば、必要なときに自由に指定の場所に自動で移動することが可能である。例えば、試料への照射電流を調整するためのファラデーカップには分析中何度も移動することが予想されるため、予め位置を記録させておき、自動で移動することによって測定時間の短縮を図ることができる。最大試料径は200mm、最大試料厚は80mm であるが、モーターステージの可動範囲によって若干制約を受ける。すなわち、試料径と試料厚は試料室に入れる前に計測し、それをパソコンに入力することによって移動できる範囲が決められてしまう。試料を傾斜して観察することも可

図2

 析に用いた軽石試料（浅間山 As-A 軽石）の電分子顕微鏡写真能であるが、化学分析を行う際は X 線の取り出し角度を決めているために水平を保つようにしている。 X 線の取得られたものである（図 2 ）。この多孔質の軽石試料は、り出し角は35°であり、SDD（Silicon-Drift Detector）検群馬県内の遺跡で泥流堆積物中から採取した浅間火山の出器 x-act が付属している。SDD 検出器は従来の Si（Li）

As-A（1783年）、As-B（1108年）、As-C（ 4 世紀）（年代検出器に比べ高い計測率で測定が可能であり、短時間ではいずれも新井、1979）および、榛名山の二ッ岳噴火に分析することができる。検出器はペルチェ素子によってよる榛名二ッ岳 - 渋川テフラ（Hr-FA： 6 世紀初頭）の冷却されるため、従来のような液体窒素による冷却の必

火砕流堆積物軽石と、榛名二ッ岳 - 伊香保テフラ（Hr-

要はなく、ランニングコストの低減に繋がっている。排FP：6 世紀中葉）中の降下堆積軽石（年代はいずれも早気系はターボ分子ポンプと油回転ポンプによって行われ

田、1989）である。

ており、旧機には必要であった循環式冷却水装置は不要である。SEM の制御は Dell 社製のデスクトップコン
ピュータによって行われており、操作 OS は Windows7である。パソコンの操作はマウス、キーボード、トラッ

₄ ．試料の前処理
1 エポキシ樹脂による固定

クボールを内蔵した操作ボックスによって行われる。観

少量の火山ガラスを分析するためには、分析作業行

察用モニターは19型 LCD で Hi-Mouse によって、EDS 操

程の途中で試料の紛失を防ぐ必要があるため、以下の作モニター間でカーソルの共有ができる。

ように樹脂に埋め込む方法を採用した。

前述した SDD 検出器 x-act は Be 〜 Pu までの検出が①カバーガラスにワセリンを塗り、アルミパイプ（直径可能であり、検出された特性 X 線エネルギー強度は INCA

10mm 程度のものがよい）でマークを付ける（図 3 a）。

がインストールされたデスクトップコンピュータのモニ②試料をハンドピックして、マークの内側のワセリ

ター画面に表示され , 元素分析に供される。分析機器の

a a

b b

定量最適化を行うために Co の標準試料上で X 線強度を測定し、自動的に最適化を実施している。最適化のための試料は純金属であれば Co 以外でも問題はないため、
純度99.99％の Ni を用いる場合もある。旧機種と同様に

EDS 使用時には試料への照射電流のモニタリング用としてμμ電流計（HORIBA 製作所製 MA-10）が SEM の試料ステージに接続されている。

₃ ．測定試料
今回分析に用いた火山ガラスは多孔質の軽石試料から
10

図₃

分析試料の樹脂封入方法

地球環境研究，Vol.16（2014）

アルミパイプ（長さ約 15 mm，
直径約 10 mm)

エポキシ樹脂カバーガラス

図₄

試料

ワセリン

樹脂封入試料の模式断面図

ンに貼り付ける（図 3 b）。

図₅

樹脂封入試料の研磨用治具

小暮ほか 作業を進める。
図４③長さ15mm 程度に切ったアルミパイプをかぶせる。

③研磨機（metkon 社製 Forcipol 1V）に羊毛シート④浸透性の高いエポキシ樹脂を、爪楊枝で数滴パイをセットし 1 μm のダイヤモンドスプレー研磨剤

プ内壁に沿わせて滴下し、樹脂が試料間に完全にを用いて、毎分200回転ほどで鏡面研磨する。時々浸潤するのを確認する（浸潤がうまくいかない場

潤滑液と研磨剤を添加する。また、試料を垂直に合は、カバーガラスを含む分析試料全体を密閉容立てておく治具を用意すると良い（図 5 ）。この作

器内に入れ、ポンプで吸引して真空にすることに業の際にも、数秒ごとに試料を45˚ ほど回転させる

より樹脂の浸潤を促す）。

と平滑に研磨される。

⑤浸潤が確認できたら、エポキシ樹脂が硬化するまで放置する。

小暮ほか④実体顕微鏡で研磨面を確認し、綺麗に鏡面研磨がされているか確認する。

⑥樹脂による試料の固定が確認できたら、パイプ八⑤イオンスパッター（日立製作所製 E-1010）を用い

分目までエポキシ樹脂を流し込み、全体が硬化す

カーボン蒸着を行う。蒸着方法は川野ほか（2010）

るまで放置する。

に基づき、カーボン膜厚を30nm に調整した。まこれらの工程で、試料はカバーガラスの直上に樹脂

た、一度に蒸着する事ができるのは、10mm 径ので固定される（図 4 ）。カバーガラスにワセリンをアルミパイプを用いた場合、 4 個程度である。

塗っているため、アルミパイプは容易にカバーガラスから外すことができる。
2 研磨と蒸着
EDS により高精度に化学分析する場合、試料の表面

₅ ．火山ガラスの定量化学分析方法
1 スタンダード試料が平滑になっている必要がある。そのためには、試料

EDS により計測されるのは特性 X 線強度（cps：カ

表面を研磨する必要があり、以下に示す研磨作業を行っ

ウント／秒）である。この計数値を元素含有量に換算た。なお、各作業工程終了後は、次工程への研磨剤のするためには、元素含有量が得られているスタンダー

混入を避けるため必ず超音波洗浄を行った。

ド試料の特性 X 線強度を測定し、その X 線強度に対応①平滑な板上に1000番の耐水ペーパーを固定し、試する元素含有量を予め登録しておく必要がある。そし料の一部がわずかに出るまで研磨する。試料を耐て、未知試料の特性 X 線強度を測定し、スタンダード

水ペーパー上で往復することによって研磨するが、試料の X 線強度と比較して元素含有量を求める。本論

一回往復する毎に試料を45˚ ほど回転させると良で分析するのは火山ガラス試料であるため、その密度い。

は低く、金属元素の含有率も低いため、珪酸塩鉱物な②平滑な板上に2000番の耐水ペーパーを固定し、試どをスタンダード試料とすると密度の違いによる反射料の最も広い断面がでるまで研磨する。この場合

や X 線吸収率が異なるため正確なデータが得られず不も一回往復する毎に試料を45˚ ほど回転させると平適切である。そのため今回の分析では、密度が火山ガ

滑な面を得られやすい。また、削りすぎないよう

ラスに近く、元素含有量も未知試料と共通する黒曜岩に、逐次実体顕微鏡下で研磨状態を確認しながら（Astimex Scientiﬁc 社製スタンダード試料 MINM2511

SEM-EDS による火山ガラスの定量分析と問題点（小暮・清水・川野）

表153）を用いた。
2 分析条件と計算方法
前述のように分析に用いた S-3400N は加速電圧を0.3〜30kV の範囲で変更できる。今回の実験では一般に最も良く用いられる加速電圧15kV を測定条件に採用した。また、照射電流はファラデーカップで0.9nA に調整する。一般に、ガラス中のアルカリ元素である Na+
イオンや K+イオンは、加速電圧が高くなるにつれ、ま定量化学分析における測定条件

加速電圧15.0kV

照射電流

0.9nA

測定時間

40秒

分析方法

アナライザ分析

プロセスタイム

5

W.D.

10mm

X 線取り出し角度

35.0°

対物ガラス絞り

3た電流密度が大きくなるにつれ、X 線強度が小さくな

カーボン膜厚ることが知られている（内山ほか、1972）。照射電流が

定量補正法

30nm
INCA

補正法

W.D., ワーキングディスタンス

やや高いために試料でのダメージが懸念されるが、測定時間を短くすることでダメージの軽減を図った。一方、測定時間の短縮は特性 X 線強度の安定を損なう可は INCA の解析プログラムに内蔵されている補正方法

能性が内包される。今回は測定時間を変えながら試料によった。本研究で決定した測定条件を表 1 に示す。

表面の状態を確認し、測定時間を40秒と定めた。試料

黒曜岩スタンダード試料の特性 X 線強度を測定後、そ表面の観察と定量化学分析を同時に行うことが目的での値を既知データと共にスタンダード登録し、その黒あるため、両者を適切に行う対物ガラス絞りの値を 3

曜岩自身の分析を行った。分析は 2 回（ 1 回目：2013とした。また、定量化学分析時のワーキングディスタ

年 7 月、2 回目：同年12月）行い、その都度スタンダー

ンス（W.D.）は10mm である。

ド登録を行い実施した。また、黒曜岩をスタンダード試料として、浅間山と榛名山の軽石を分析した。

INCA プログラムでは、アナライザ分析とポイント＆ ID 分析を選択することができる。アナライザ分析
は走査画面全体を分析する方法で分析地点の移動や記6 ．測定結果

録はやや煩雑となる。一方、ポイント＆ ID 分析は低1 黒曜岩の分析結果

倍率で試料全体の画像を取得し、その画像内の任意のポイントを複数箇所設定し測定を行うことができる。

結果を表 2 および図 6 に示す。SiO2では推奨値が分

ただし、X 線を受け取る SDD 検出器 x-act に近い部分

析値より平均1.5wt% ほど高い値を示す。この傾向は 2では特性 X 線強度が相対的に強くなり、検出器から遠回の分析値両方に認められる。また、 1 回目の分析値

い場所では強度が弱くなる傾向が認められる。この現自体には 2 wt％ほどの変動があり 2 回目の分析値はそ

象はコリメーターの交換により軽減されたものの完全の範囲内に収まっている。分析値の標準偏差は 1 回目には解消することができない。分析値を100% に規格の分析で0.44、2 回目の分析で0.10である。Al2O3では、化する場合は特に問題ないが、火山ガラスや含水珪酸

分析値の範囲内に推奨値が含まれ大きな差異は認めら

塩鉱物など必ずしも100％とならない試料の場合は、面れない。また、 1 回目と 2 回目の分析もほぼ重複し、倒でもアナライザ分析を行うほかない。よって、今回差は認められないものの 2 回目の分析値がやや富む傾の分析ではアナライザ分析を採用している。スタンダー

向がある。FeO では推奨値と分析値の間に差異は無い

ド試料と未知試料の特性 X 線強度はそのまま濃度を表ものの、2 回目分析値がやや富む傾向があり、Al2O3よ

してはおらず、補正が必要となる。補正方法についてりも顕著である。CaO は分析値に0.4wt% ほどの組成

表2

黒曜岩スタンダードの推奨値と平均分析値（wt％）

SiO2

Al2O3

FeO

CaO

Na2O

K2O

Total

推奨値

73.94

13.11

1.72

0.76

4.06

5.04

98.63

1 回目分析値平均（n=15）

75.18

13.23

1.60

0.78

3.98

4.98

99.76

1 回目標準偏差

0.44

0.19

0.17

0.06

0.36

0.10

2 回目分析値平均（n=10）

75.02

13.41

2.05

0.80

4.26

4.99

2 回目標準偏差

0.10

0.14

0.17

0.08

0.12

0.07

12

100.53

地球環境研究，Vol.16（2014）

図8

浅間火山、榛名火山の軽石の FeO に対する Al 2 O ₃ 、
CaO、Na 2 O、K 2 O の関係

山軽石の中で As − B は SiO2に乏しく、次いで As-C、
図6

黒曜岩スタンダードの繰り返し分析結果

As-A の順に SiO2が増加する傾向が認められる。また、
As-B と他の 2 つの軽石との間には組成ギャップが認められる。榛名山軽石の中では Hr-FA が SiO2に富むが、幅があるものの、平均値と推奨値はほぼ同じ値を示し、黒曜岩スタンダード試料に認められる SiO2の変位を考1 回目と 2 回目の分析値もほぼ重複する。Na2O は FeO

慮した場合、Hr-FP と Hr-FA の SiO2値に差異が認めと 同 様 に 2 回 目分析値がやや富む傾向がみ ら れ、られるとは言いがたい。Al2O3に注目すると、Hr-FA が1.5wt％ほどの範囲で変動している。推奨値は分析値の最も組成幅が広く、他の軽石の組成領域を全て包括し範囲内に含まれる。K2O については分析値の範囲内にている。また、Hr-FP の組成幅も広く、浅間山軽石の推奨値が含まれ大きな差は認められない。 1 回目と 2

組成範囲よりも広い。浅間山軽石では、As-B がやや回目の分析値も組成は重複している。

Al2O3に富む傾向がみられるが、As-A と As-C の組成

2 浅間 ･ 榛名軽石の分析結果
図 7 には SiO2と FeO、Al2O3の関係を示した。浅間

図7

領域は重複し、差は認められない。FeO をみるとそれぞれの軽石で組成差が明瞭である。特に、As-B は最も

浅間火山、榛名火山の軽石の SiO 2 に対する Al 2 O ₃ と FeO の関係
13

SEM-EDS による火山ガラスの定量分析と問題点（小暮・清水・川野）はビーム径を大きくし、電子ビームの集中を避けることが考えられている。今回の測定では、安定した特性
X 線強度を得るために SEM-EDS としてはやや高い
0.9nA の照射電流を用いており、40秒間 X 線を照射した場合、試料にダメージを与えしまう（図 9 ）。回避方法として、まず考えられるのは照射電流を下げることである。しかしながら、今回のような火山ガラスの同定には TiO2や MgO など 1 wt% を下回る元素の測定も必要であり、照射電流を下げると分析に必要な特性 X
線強度が得られなくなるか、もしくは分析精度が低くなることが懸念される。また、測定時間を短縮するこ
図9

 曜岩スタンダードにみられる試料ダメージの電黒子顕微鏡写真FeO に富み、組成ギャップを挟んで As-C、As-A と乏とも同様の結果を生むことになり、解決策とはなり得ない。今後は加速電圧の変更も含め、試料ダメージを軽減しつつ、分析精度を上げる条件について検討を行う必要がある。

しくなる。榛名山軽石では両者の組成は重複するものの、Hr-FP が Hr-FA に比してやや富む傾向にある。

2 SiO 2 の過剰値について

SiO2を用いてこれらの軽石の組成差を明らかにする

今回の分析における最大の問題点は SiO2の分析であには限界がある。そこで、FeO と各元素との相関を図る。Al2O3、FeO、CaO、Na2O、K2O では、スタンダー

8 に示した。浅間山軽石の中で As-B は As-A や As-C

ド登録後に、スタンダード自体を繰り返し測定してもと比べると、CaO 含有量に富み、K2O 含有量に乏し明瞭な差は生じなかった。しかしながら、SiO2 のみ

く、明確に区別できる。Al2O3や Na2O は両者の組成範

1.5wt% ほど高い結果が得られる（図 6 ）。繰り返し測囲は重複し、区別することは困難であるものの、一方、定時、分析場所は常に移動しているため、前述のよう

As-A と As-C を比較すると、前述のように As-C がやな試料ダメージがその原因とは考えられない。また、や FeO に富むものの他の元素は分布が重なり区別する

ここには示さないが同様の検証を石英スタンダードでことができない。榛名山軽石では、Hr-FP が Al2O3、も行ったが2.0wt% ほど高く検出された。このことから、CaO と Na2O で、Hr-FA は Al2O3、CaO、Na2O、K2O

SiO2の過剰値の原因が試料の密度差、すなわち珪酸塩

で組成幅が広くなる傾向がそれぞれ認められる。また、

鉱物と火山ガラスとの違いに起因するものではないこ

Hr-FP は Hr-FA に比して FeO にやや富む傾向がみらとも明らかである。1 回目に行った検証と 2 回目に行っれる。

た検証で、同じ傾向が認められたことから、分析機器そのものの特性である可能性がある。機器メーカーと

7 ．考察
1 試料ダメージについて

14

共に検討を進めているが未だに解決に至っていない。
黒曜岩スタンダードの SiO2は74wt%、石英のそれは100wt% であることから、それぞれ含有量との相対誤測定時間を長く取るとカウント数が増加するが、試差としては2.0% が算出される。つまり、未知試料の分料に与えるダメージも大きくなる。本研究で対象とし析を行った際、SiO2には約 2 ％の相対誤差があると認た火山ガラスや軽石のガラス部分は密度が小さいため識しておく必要がある。また、 1 回目と 2 回目の黒曜

鉱物試料に比べて電子ビームでのダメージを受けやす

岩 分 析 値（表 2 ） を み る と そ れ ぞ れ の 標 準 偏 差 はい。火山ガラスの X 線ダメージについては木村（1994）

0.44wt% と0.10wt% である。すなわち、相対誤差は約で詳しく述べられている。0.3nA 程度であれば Na や

2 % あるものの、分析値は安定していると考えられる。

K などの軽元素についてのカウント数には変化が認め

よって、今回測定した軽石中の火山ガラス同士の比較られないものの、EPMA のように 2 桁ほどの照射電流を行う場合は、本分析方法でも有効であると判断されを当てた場合では明らかに試料にダメージを与えるこる。しかしながら、既報の文献に掲載されている分析とが知られている（木村、1994）。回避する方法として値との比較検討には十分な注意が必要であろう。先に地球環境研究，Vol.16（2014）

述べたように珪酸塩鉱物や火山ガラスの高精度な分析装置を用いた鉱物および珪酸塩ガラス中の元素の定量－．

方法を確立すると共に、SiO2の過剰値問題にも早急な

富士常葉大学研究紀要、3、251-270.

対策が望まれる。

早田

勉（1989）6世紀における榛名火山の2回の噴火とその災害．第四紀研究、27（ 4 ）297-312．
内山

郁 ・ 渡辺融 ・ 紀本静雄（1972）X 線マイクロアナラ

イザ．日刊工業新聞社、243p．

8 ．まとめ本研究では、平成24年度末に立正大学地球環境科学部
環境システム学科に導入された日立ハイテク社製走査型付

電子顕微鏡（S-3400N）と Oxford Instruments 社製エネ

SEM-EDS 使用マニュアル

ルギー分散型 X 線分析装置（x-act、分析ソフト：INCA）

S-3400N の始動による火山ガラスの分析を試み、その問題点について検1 ．SEM 本体下部前面にある EVAC パネルの POWER討した。加速電圧を15kV、照射電流を0.9nA、測定時間

キーを START まで回した後、ON 側にする。

を40秒と測定条件を定め、黒曜岩スタンダードを用いて

2 ．装置の立ち上げと同時にデスクトップパソコン（以浅間山と榛名山の軽石中の火山ガラスの分析を行った。

下、PC と略）が起動するので、S-3400N のソフトを

黒曜岩スタンダード自体の繰り返し測定の結果、SiO2に立ち上げる。この際、パスワードは空欄のままログは約 2 wt% の相対誤差があると推定される。Al2O3、FeO、インする。

CaO、Na2O、K2O など他の元素については大きな差は認められなかった。SiO2量に問題はあるものの火山ガラス録

3 ．モニター画面の電源は切っている場合もあるため、その時は個別に電源を入れる。

同士の比較を行う場合は、一定の成果が得られると考えられる。一方、今回の分析方法では黒曜岩スタンダード

試料交換にダメージを与えることが判明した。SiO2の相対誤差の1 ．導電性テープでアルミニウムの試料台に試料を固定問題も含め、分析精度を上げる条件について今後検討をし、全体の高さを高さゲージで測るとともに、試料続ける予定である。

台の直径（試料サイズ）も測定する。試料台から試料がはみ出していた場合、試料台中央からはみ出し

謝辞ている部分までを測定し、それを 2 倍して直径とする。

本装置は地球環境科学部環境システム学科の教育 ・ 研究機

2 ．SEM 本体下部前面にある AIR ボタンを押して試料器として平成24年度に導入された。環境システム学科関係者

室を大気圧にする。リークする際、 3 回電子音が鳴

各位には機器の導入および保守 ・ 管理に関して日頃よりご協力いただいている。本研究を進めるにあたり、SEM-EDS の機器更新は必要不可欠なものであった。関係各位に厚くお礼申し上げる。

るので、約100秒待機する。
3 ．PC ソフト画面の「観察試料の設定」ボタンを押す。
4 ．SEM 鏡体側面の試料ステージを完全に引き出し、PC ソフト画面の「OK」ボタンを押す。

引用文献

5 ．PC ソフトの観察試料 / 検出器の設定ダイアログに

新井房夫（1979）関東地方北西部の縄文時代以降の指標テフ
ラ層．考古学ジャーナル、157、41-52．
川野良信 ・ 管野稔洋 ・ 三浦亜由美（2010）SEM-EDX による珪酸塩鉱物の定量化学分析．地球環境研究、12、99-107．
木村純一（1994）エネルギー分散型 X 線マイクロアナライ
ザーによる火山ガラスの定量化学分析．福島大学理科報告、
54、19-31.

表示される「試料サイズ」と「試料高さ」に、手順1 で実測した試料の値を選択する。
6 ．PC ソフトの「ステージ移動」ボタンをクリックし、ステージを上限位置まで移動させる。ステージが上限位置まで移動すると電子音が鳴り止む。
7 ．試 料ステージに試料台ベースをセットし、本体の梓 ・ 葛巻貴大 ・ 緒方

チェックゲージに試料が接触しないことを確認する。

武幸（2011）秋田大学における造岩鉱物科学組成分析：教調整が必要な場合は、ソフトの「Up」「Down」ボタ

育文化学部 SEM-EDX と工学資源学部 WD-EPMA の定量

ンで調整する。

大場

司 ・ 林信太郎 ・ 鈴木真悟 ・ 近藤

分析値の整合性について．秋田大学大学院工学資源学研究
科研究報告、32、1−6．
佐野貴司（2003）走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型分析

8 ．試 料ステージをゆっくりと鏡体内にスライドし、
EVAC パネルの EVAC ボタンを押して真空排気する。真空排気の際、1 回電子音が鳴り、その後 EVAC
15

SEM-EDS による火山ガラスの定量分析と問題点（小暮・清水・川野）

ボタンの点滅が止まるまで 2 分ほど待機する。

4 ．装置の性能を最大限に発揮させるためには電子光学系の軸調整および非点補正が不可欠である。しかし、

停

むやみに行うことは却って状態を悪くするので、以止

1 ．真空モードを「高真空」に設定し、PC ソフト画面

下の作業は操作に熟練した者しか行ってはならない。

左上の「ストップ」ボタンをクリックする。

①ビームアラインメント水平、傾斜調整、②対物可

2 ．EVAC パネルの AIR ボタンを押すか、またはソフ

動絞りの機械的軸調整、③アパーチャーアラインメ

ト画面右上の AIR をクリックし、試料室を大気圧にント調整、④スティグマアラインメントの調整、⑤する。リークする際、3 回電子音が鳴るので、約100

オートフィラメントサチュレーション（AFS）アラ

秒待機する。

インメント X、Y 調整。

3 ．SEM 鏡体側面の試料ステージをゆっくり引き出し、

5 ．観察に必要な検出器を選択する。オペレーションパ

試料ステージから試料台ベースを取り外す。

ネルの画像タブ内にある検出器ブロックで行う。検4 ．PC ソフトの「観察試料の設定」をクリック後、「Exit

出器は二次電子検出器（SE：Secondary Electron）、

Manager」をクリックし、ソフトを終了する。

反射電子検出器（Backscattered Electron）のいずれ

5 ．試料ステージをゆっくりと鏡体内に戻し、EVAC パ

かを選択する。検出器の設定を変えると、自動的にSEM

ネルの EVAC を押して試料室を真空排気する。
6 ．EVAC パネルの EVAC ボタンが点滅せずに緑色になっていることを確認。
7 ．PC をシャットダウンし、EVAC パネルの POWER
キーを OFF 側にする。
SEM 像の観察

コントラスト ・ 明るさの調整を行う。
6 ．倍 率を設定するには以下の ３ つの方法がある。①
MAGNIFICATION つまみで設定する。②コントロー
ルパネルの倍率コントロール部で倍率を設定する、③予め設定しておいた 2 つの倍率プリセットボタン
をクリックすることによりその倍率に設定する。

1 ．フィラメントに加速電圧を印加する。加速電圧印加

7 ．スキャンスピードは13種類あり、状況によって使い中は、電圧と電流表示部は設定した加速電圧とエミッ分けることができる。スキャンスピードの設定は、ション電流が表示される。加速電圧の設定方法は 4コントロールパネルの 4 つのスキャンスピードボタ

種類ある。①電子ビームブロックをクリックして、ンで行う。

設定を開き、電子光学系タブ内の［ON］ボタンをク

8 ．調整画像の明るさとコントラストを調整するには、リックする。②電子ビームブロック左のスタート

オート（ABCC：Auto Brightness Contrast Control）［ON］ボタンをクリックする。③コントロールパネとマニュアルの 2 通りがある。コントロールパネル

ルの観察タブ内にある電子ビームブロックで［ON］のオートコントロール部の［明るさ］ボタンをクリッ

ボタンをクリックする。④コントロールパネルの観クするか、調整メニューの ABCC を選択する。

察タブ内にある詳細設定ボタンをクリックし、電子

9 ．ステージの操作はトラックボールによるマニュアル

ビームブロックで［ON］ボタンをクリックする。そ操作もしくはオペレーションパネルのステージタブ

れぞれ加速電圧入力部で、リストから使用したい加上で操作する。

速電圧値を選択する。

10．ステージ座標は登録することができ、登録されてい2 ．フィラメントの設定を行う。コントロールパネルのる位置への移動が可能である。絶対座標で最大200ポ

観察タブ内にある詳細設定ボタンをクリックする。

イントの登録が可能である。オペレーションパネル

ラジオボタンの高を選択し、［AFS］ボタンをクリッのステージタブの位置メモリボタンをクリックする

クする。フィラメント調整はスライダを動かして調と、ステージメモリウィンドウが開く。そこで必要整する。

なデータを入力し、登録する。

3 ．電子光学系の条件設定は、以下の 2 つの方法がある。

11．画像の保存はダイレクトセーブ、キャプチャしてキャ①観察タブで加速電圧、プローブ電流、フォーカス

プチャ画像ウィンドウにリスト表示されている画像

位置、詳細設定などの設定を行う。②設定ウィンドを保存するキャプチャ画像保存、自動的に保存する

ウで、加速電圧、フィラメント、ガンバイアス、プ

クイックセーブがある。

ローブ電流、フォーカス位置、オート機能、デガウスなどの電子光学系に関する条件の設定を行う。
16

12．停止するには、加速電圧の遮断を行う必要がある。
まず、処理中のすべてのウィンドウを閉じる。コン

地球環境研究，Vol.16（2014）

トロールパネルの［ストップ］ボタンをクリックし、加速電圧を OFF にする。

は自動的に終了する。
15．フローチャートから定性ウィンドウを開き、測定する元素を選択する。周期律表の元素をクリックする

定量分析と元素ラインマーカーが表示されるので、必要によっ

1 ．マイクロマイクロアンペア（μμ）計を鏡体側面にて元素の追加、削除を行う。

接 続 し、MODE を［OFF］ か ら［MEAS.］ に、

16．フローチャートから定量設定ウィンドウを開き、必POLARITY を［−（マイナス）］に、RANGE を［×

要な設定を行う。オプションですべての元素を選択。

10−10］にする。

定量結果のノーマライズはチェックしない。

2 ．加速電圧を［ON］にし、フィラメント電流を上げてSEM 像を出す。SEM 画像の調整を行う。

17．フローチャートから定量ウィンドウを開くと結果が表示される。

3 ．INCA の電源（パソコン台にある）を入れる。コン

18．ポイント＆ ID ナビゲータを使用して分析すること

ピュータが立ち上がるので、INCA プログラムを起も可能である。操作方法はアナライザとほぼ同じで動する。

あるが、予め分析範囲の画像を取り込んでおき、ポ4 ．まず、電子顕微鏡設定を行う。適当な試料にビーム

イントを指定することで連続的な分析が可能である。

を当て X 線収集を開始する。ここで、入力計数率、

しかしながら、検出器までの距離に応じて、X 線強収集計数率、デッドタイムなどを確認する。入力計

度が変化するため、値をノーマライズしない限りは数率は検出器に入射した X 線カウント数であり、収アナライザでの分析を使用した方が良い。

集計数率は計測した X 線カウント数である。また、デッドタイムは入射した X 線カウントに対する計測

INCA によるスタンダードの登録できなかった X 線カウント数の割合を表している。

1 ．定量分析の方法に基づいて、鉱物スタンダードの標

5 ．定量最適化を行う。最適化試料として Co が用意さ準試料の X 線強度をとる。

れているが、純金属の Ni も用意しており、試料とと2 ．フローチャートからスタンダードを選択する。

もに試料室に入れる場合は Ni を試料台に貼り付けて3 ．スタンダードに使用するスペクトルを選択する。

おくと便利である。最適化試料に X 線を照射し、X

4 ．
［新規スタンダード］ボタンをクリックする。

線収集を始める。X 線収集が終わったら、登録して5 ．
［元素追加］ボタンをクリックし、必要な元素と質量おく。
6 ．鉱物スタンダードの標準試料のファラデーカップを
SEM の視野中心にもってくる。フォーカッシングを慎重に行う。

濃度値を入力する。
6 ．ラインからスタンダードに登録する線（Kα線など）を選択する。
7 ．
［スタンダード登録］ボタンをクリックする。［リス7 ．視野全体がカップの中に含まれるまで拡大を続ける。

トア］ボタンをクリックするとスタンダード情報が8 ．マイクロマイクロアンペア（μμ）計で照射電流がデフォルトに戻されてしまう。

0.9 nA になるように、プローブ電流を調整する。
9 ．測定する試料の SEM 像を出し、フォーカッシング
を慎重に行う。
10．視野をスタンダード登録した標準試料と同じ倍率まで拡大する。
11．INCA のアナライザボタンをクリックし、スペクト
ル収集の設定を行う。
12．収集停止タブでライブタイムを設定する。
13．スペクトルの各種条件タブでプロセスタイムを 5 に設定する。プロセスタイムは数字が大きいほどエネ
ルギー分解能が高くなるが、計数率が低くなる性質がある。
14．X 線収集を開始する。設定したライブタイムで測定

INCA によるプロファイル最適化
1 ．定量分析の方法に基づいて、鉱物スタンダードの標
準試料の X 線強度をとる。
2 ．フローチャートから定量設定を選択し、［設定］ボタンをクリックする。
3 ．
［プロファイル最適化］ボタンをクリックする。
4 ．プロファイル最適化に使用するスペクトルを選択する。
5 ．必要な元素を一覧の中から選択し、［元素追加］ボタ
ンをクリックする。
6 ．最適化する元素を元素リスト上でクリックする。
７．最 適化に使用する X 線ラインを一覧の中から選択
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SEM-EDS による火山ガラスの定量分析と問題点（小暮・清水・川野）

し、［最適化フィット］ボタンをクリックする。

良いが、発火の危険性があるので使用を避ける。

8 ．最適化プロファイルの詳細画面が表示されるので、

17．金属蒸着用のチャンバーを取り付け、［POWER］を［OK］ボタンをクリックする。
9 ．手順 8 の詳細画面上の値（エネルギーシフトと分散値）が安定するまで、手順 7 ～ 8 を繰り返す。

［ON］にする。
18．真空になったら、［MAIN VALVE］を［OPEN］から［CLOSE］にまわす。

10．
［終了］ボタンをクリックする。

19．
［POWER］を［OFF］にして、終了する。

イオンスパッター（E-1010）の使い方

イオンスパッター（E-1010）によるカーボンイオン源の

1 ．イ オ ン ス パ ッ タ ー 本 体 の［MAIN VALVE］ を焼き出し［CLOSE］から［OPEN］にまわす。
2 ．金属蒸着用チャンバーを外し、カーボン蒸着用チャンバーを取り付ける。
3 ．カーボン蒸着用チャンバーのフックを解除し、上部を外す。
4 ．ピンセットを使ってカーボン蒸着用のイオン源を慎重にセットする。その際、試料表面とイオン源の距
離は50mm になるよう試料台を調節する。距離50mm
でのカーボンの膜厚はおよそ30nm である。
5 ．チャンバーの上部を取り付け、フックで固定する。

イオン源の不純物を取り除くために予め焼き出しを行う必要がある。以下にその方法を説明する。
1 ．イ オ ン ス パ ッ タ ー 本 体 の［MAIN VALVE］ を［CLOSE］から［OPEN］にまわす。
2 ．金属蒸着用チャンバーを外し、カーボン蒸着用チャンバーを取り付ける。
3 ．カーボン蒸着用チャンバーのフックを解除し、上部を外す。
4 ．カーボン蒸着用のイオン源をセットする。一度に 3本の焼き出しができる。

6 ．
［POWER］を［ON］にする。

5 ．チャンバーの上部を取り付け、フックで固定する。

7 ．真空計が7 Pa (0.05 Torr) よりも低くなるまで待つ。

6 ．
［POWER］を［ON］にする。

8 ．カーボン蒸着ユニットの［SUPPLY］を［ON］にする。

7 ．真空計が7Pa（0.05 Torr）程度でよい。

9 ．
［CURRENT ADJUST］のつまみをまわして、20A

8 ．カーボン蒸着ユニットの［SUPPLY］を［ON］にすにする。真空度が低下した場合、しばらく電流を上げるのを止めて、真空度が上がってから徐々に電流を上げていく。
10．電流を上げると同時にイオン源が発光し、蒸着が始まる。20A でしばらく待つとイオン源が切れ、発光
が止まる。

る。
9 ．
［CURRENT ADJUST］のつまみをまわして、15 Aにする。電流は 3 分後に自動で切れる。
10．
［CURRENT ADJUST］をまわして、 0 に戻す。
11．カーボン蒸着ユニットの［SUPPLY］を［OFF］に
する。

11．
［CURRENT ADJUST］をまわして、 0 に戻す。

12．チャンバー内が冷却するまで15分ほど待つ。

12．カーボン蒸着ユニットの［SUPPLY］を［OFF］に

13．
［POWER］を［OFF］にして、真空を破る。

する。ただし、手順10の蒸着終了後、自動的に［OFF］になっている場合もある。
13．チャンバー内が冷却するまで15分ほど待つ。
14．
［POWER］を［OFF］にして、真空を破る。
15．チャンバーを外して、試料を取り出す。
16．カーボン蒸着用のチャンバーやチャンバー底面はヘキ酸を用いて洗浄する。エタノールやアセトンでも

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14．チャンバーを外して、焼き出したイオン源をピンセッ
トを使って慎重に取り出す。
15．金属蒸着用のチャンバーを取り付け、［POWER］を［ON］にする。
16．真空になったら、［MAIN VALVE］を［OPEN］から［CLOSE］にまわす。
17．
［POWER］を［OFF］にして、終了する。

地球環境研究，Vol.16（2014）

Quantitative Chemical Analyses of Volcanic Glass Usinga Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive X-Ray Detector
and its Related Issue
KOGURE Takemi*, SHIMIZU Ryuichi*, and KAWANO Yoshinobu***Graduate School of Geo-environmental Science, Rissho University**Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University

Abstract:
This paper presents analytical procedures to determine major elements of volcanic glass, using HITACHI HighTechnologies scanning electron microscopy （SEM：S-3400N） with Oxford Instruments energy dispersive
spectroscopy（EDS：x-act）at Department of Environment Systems, Rissho University. The analytical condition of
exposed electron beam is 15 kV accelerating voltage, 0.9 nA beam current, and 40 seconds acquisition live time. In
results of duplicate measurements of standard obsidian, SiO2 contents are about 2% higher than recommended
value. Differences from recommended values are not occurred in other elements, such as Al2O3, FeO, CaO, Na2O,
and K2O. Therefore, the analytic method can be used to compare volcanic glasses. The next step is to resolve theoverestimation of SiO2 contents.
Keywords: Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive Spectroscopy, Volcanic Glass, Quantitative
Chemical Analysis

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