现代分析测试技术-综合评价

1、2004.22004.2q概述概述 （3 3 学时）学时）qX X射线衍射分析射线衍射分析 （6 6 + + 6 6 学时）学时）q热分析、色谱、红外光谱热分析、色谱、红外光谱 （3 3 学时）学时）q原子发射、原子吸收、荧光光谱（原子发射、原子吸收、荧光光谱（3 3 学时）学时）q热分析、原子吸收、压汞、等温吸附实验（热分析、原子吸收、压汞、等温吸附实验（3 3 学时）学时）q现代分析测试技术综合评价现代分析测试技术综合评价 （3 3 学时）学时）q超显微分析技术及超显微分析技术及SEMSEM实验实验 （3 + 3 + 3 3 学时）学时）q成分分析技术及成分分析技术及EDXEDX、WDXW

2、DX实验实验 （3 + 3 + 3 3 学时）学时）q结构分析技术及结构分析技术及TEMTEM实验（实验（3 + 3 + 3 3 学时）学时）q现代仪器分析实验与技术现代仪器分析实验与技术 陈培榕等陈培榕等 清华大学出版社清华大学出版社q纳米材料分析纳米材料分析 黄惠忠等黄惠忠等 化学工业出版社化学工业出版社q表面分析表面分析 华中一等华中一等 复旦大学出版社复旦大学出版社q表面分析技术表面分析技术 陆家和等陆家和等 电子工业出版社电子工业出版社q扫描隧道显微术及应用扫描隧道显微术及应用 白春礼等白春礼等 上海科技出版社上海科技出版社q材料分析测试技术材料分析测试技术 周周 玉等玉等 哈尔滨工

3、业大学出版社哈尔滨工业大学出版社q仪器分析仪器分析 邓邓 勃等勃等 清华大学出版社清华大学出版社q分子光谱学专论分子光谱学专论 吴征铠等吴征铠等 山东科技大学出版社山东科技大学出版社qhttp:/www.jeol.co.jp/http:/www.jeol.co.jp/qhttp:/www.ntmdt.ru/http:/www.ntmdt.ru/qhttp:/www.shimadzu.co.jp/http:/www.shimadzu.co.jp/q开放实验室、理化检测中心开放实验室、理化检测中心q科技期刊（光谱分析、质谱分析、电子显微学报及专业期刊）科技期刊（光谱分析、质谱分析、电子显微学报及专

4、业期刊） 利用电子束、离子利用电子束、离子束、光子束或中性束、光子束或中性粒子等为探束粒子等为探束气、液、固态样品气、液、固态样品（微量及痕量）（微量及痕量）图像、谱图、数据图像、谱图、数据及综合报告及综合报告表面或表面或体相体相电子电子电场电场离子离子热热光子光子声波声波分子分子磁场磁场信号来源区域信号来源区域图像分辨率图像分辨率分析仪器灵敏度分析仪器灵敏度表表面面检检测测表表层层检检测测体体相相检检测测微微区区检检测测微微米米级级纳纳米米级级原原子子级级体体相相检检出出限限低低体体相相检检出出限限中中体体相相检检出出限限高高XPS XPS AES AES SPMSPMSIMSSIMSISS

5、ISSLEEDLEEDSEM SEM EPA EPA XRFXRFRHEEDRHEEDTEM TEM XRDXRD MS MS IR IR LR LR AASAAS ICP-AESICP-AES EPA EPA AESAESXPSXPSSPM SPM TEMTEMFIMFIMSEM SEM AESAESFEMFEMEPA EPA XPS XPS XRFXRFAAS AAS ICP-ICP-AESAESEPA EPA XRFXRF LRLRXRD XRD IRIR MSMS常用分析测试技术及特性常用分析测试技术及特性仪仪器器的的必必需需配配置置分析方法原理分析方法原理仪器结构及发展仪器结构及发展

6、重要实验技术重要实验技术联用技术联用技术仪器仪器基本基本配置配置分析仪器分析仪器心脏心脏基本基本定值定值保证保证变量变量（检测）跟踪（检测）跟踪qAASAAS：基于被测元素基于被测元素基态原子基态原子在在蒸气状态蒸气状态对对其原子共振辐其原子共振辐射射的的吸收吸收定量研究原子受激吸收跃迁过程；定量研究原子受激吸收跃迁过程；qIRIR：研究分子中原子的相对振动研究分子中原子的相对振动化学键的振动，不同的化学键的振动，不同的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需的能量不同能量不同吸收不同波长的红外光吸收不同波长的红外光不同波长出现吸收峰；

7、不同波长出现吸收峰；qMSMS：通过对通过对样品离子样品离子的的质荷比分析质荷比分析来实现对样品进行定性来实现对样品进行定性和定量分析；和定量分析；qXPSXPS光电子发射公式：光电子发射公式：E Ek k = h- E = h- Eb b s sqXRDXRDX X射线的衍射：射线的衍射：2 2dSin=ndSin=nqXRFXRF莫塞莱定律：莫塞莱定律：=P=P（Z-Z-）-2-2Z Z 22X X射线管射线管探测器探测器放放大大器器记录记录系统系统22滤光片滤光片准直器准直器晶体试样晶体试样狭缝狭缝测角仪测角仪q主要性能指标：主要性能指标：分辨率分辨率；灵敏度；灵敏度检出限检出限；q操作

8、流程框图操作流程框图：关键部件；：关键部件；q仪器主要发展方向：仪器主要发展方向：主要指标的发展主要指标的发展；应用的需要应用的需要；试样蒸发试样蒸发原子化原子化激发激发电感耦合高频电感耦合高频等离子体等离子体电弧电弧火焰火焰火花火花 直流直流等离子体等离子体微波诱导微波诱导等离子体等离子体分光分光衍射光栅衍射光栅棱镜棱镜光谱检测光谱检测固体检测器固体检测器照相干板照相干板光电倍增管光电倍增管q溶液试样；溶液试样；多元素同时测定多元素同时测定计算数据计算数据+ +实验修正；实验修正；q测定不同浓度级元素测定不同浓度级元素从痕量到常量从痕量到常量；q最能发挥其优势的领域：地质、最能发挥其优势的领

9、域：地质、环保、医药、临床、农业、食品环保、医药、临床、农业、食品；电感耦合等离子体电感耦合等离子体多道固定狭缝式光路（经典光源）多道固定狭缝式光路（经典光源）：出射狭缝：出射狭缝+ +光电倍增管光电倍增管构成一个波长的固定通道；构成一个波长的固定通道；单道扫描式光路（单道扫描式光路（ICPICP）：“通道移动通道移动”出射狭缝在光谱仪焦面上扫描（转动光出射狭缝在光谱仪焦面上扫描（转动光栅栅 ）；）；安装多个（可达安装多个（可达70个）固定通道，接个）固定通道，接收多种元素的谱线收多种元素的谱线采用采用光栅分光光栅分光CCDCCD检测器检测器系统，光线经光栅色散后聚焦在探测单元的硅片表面，检系

10、统，光线经光栅色散后聚焦在探测单元的硅片表面，检测器将光信号转换成电信号，经计算机进行快速高效处理得出分析结果；由软件自测器将光信号转换成电信号，经计算机进行快速高效处理得出分析结果；由软件自动选择预测元素的谱线，增加不同的软件可实现多种基体材料分析。动选择预测元素的谱线，增加不同的软件可实现多种基体材料分析。探测单元探测单元硅片硅片 样品样品放大器放大器谱线记录仪谱线记录仪用液氮冷用液氮冷却的容器却的容器X射线射线场效应晶体管场效应晶体管 前置放大器前置放大器Si(Li)探测器探测器入射粒子束入射粒子束离子源离子源1 12 23 34 45 5电子枪电子枪 q仪器灵敏度：信噪比仪器灵敏度：信

11、噪比筒镜分析器筒镜分析器，分析时间；电子枪，分析时间；电子枪IpIp数量级数量级，束斑直径，束斑直径AESAES好于好于SAMSAM；谱线重叠；样品污染；谱线重叠；样品污染；q仪器分辨率：仪器分辨率：能量分辨率能量分辨率CMACMA；空间分辨率空间分辨率电子枪；电子枪；厚度厚度分辨率分辨率AugerAuger电子能量；电子能量；q定性分析：定性分析：检测特征量检测特征量；分析依据；谱图特点；分析依据；谱图特点；q定量分析：定量分析：分析步骤分析步骤；定量分析依据；标准样品要求；定量分析依据；标准样品要求；q微区分析：微区分析：微区分析的实现方法微区分析的实现方法；微区；微区“体积体积”；q深度

12、分析：破坏、非破坏；深度分析：破坏、非破坏；深度深度“范围范围”；q制备标准溶液及试样溶液制备标准溶液及试样溶液：标准储备液；低标准液：标准储备液；低标准液高标准液；高标准液；q仪器分光系统校正仪器分光系统校正：汞灯校正；：汞灯校正；q标准液喷雾进样标准液喷雾进样预标准化预标准化；选择分析线；选择分析线用待测元素的标准溶液和空白用待测元素的标准溶液和空白溶液在各波长处进行扫描溶液在各波长处进行扫描, ,得到这些元素在这些波长处的扫描轮廓图，计算得到这些元素在这些波长处的扫描轮廓图，计算机贮存这些图谱，并可将它们同时显示。根据谱线及背景的轮廓和强度值，机贮存这些图谱，并可将它们同时显示。根据谱线

13、及背景的轮廓和强度值，选择合适的分析线、设置背景校正位置。选择合适的分析线、设置背景校正位置。q校准曲线绘制：校准曲线绘制：根据系列标准溶液数据作出各标准的校准曲线；根据系列标准溶液数据作出各标准的校准曲线；q试样溶液喷雾进样：试样溶液喷雾进样：q根据标准曲线，求出样品中各元素浓度；测量范围根据标准曲线，求出样品中各元素浓度；测量范围；q回收实验回收实验：考查测定结果的准确性：考查测定结果的准确性在样品中加入标准溶液在样品中加入标准溶液, ,按上述方法及按上述方法及条件对样品进行测定，条件对样品进行测定，qXPS+AES+SIMS+ISS+LEED+RHEEDXPS+AES+SIMS+ISS+

14、LEED+RHEEDqAFM+STMAFM+STMqSEM+TEM+EPMASEM+TEM+EPMAqXRF/IR/LR+OM XRF/IR/LR+OM qGC/LC/CE+IRGC/LC/CE+IRqGC/LC/CE+MSGC/LC/CE+MSqIR+MSIR+MSqLR+IRLR+IR为什麽联用为什麽联用仪器共用组件及接口仪器共用组件及接口强强结合强强结合/ /互补互补组合后优势分析领域组合后优势分析领域q分析及测试性能评价分析及测试性能评价“纵向比较纵向比较”：显微分析；表面分析；：显微分析；表面分析；组分分析；组分分析；q技术发展状况及前景评价技术发展状况及前景评价“应用比较应用比较”

15、：微样分析；微区：微样分析；微区分析；多元化分析（联用、在线、遥测技术）；分析；多元化分析（联用、在线、遥测技术）；q分析结果保障体系分析结果保障体系“质量保证质量保证”：国家标准；行业标准；：国家标准；行业标准；定性分析准确度；定量分析精度；定性分析准确度；定量分析精度；q图像分辩能力图像分辩能力：信号来源区域、放大倍数、分辨率；：信号来源区域、放大倍数、分辨率；q成像原理成像原理：图像获得方法、变倍操作、分析尺度范围；：图像获得方法、变倍操作、分析尺度范围；q图像分析方法图像分析方法：图像分类、衬度原理、图像与实空间对应；：图像分类、衬度原理、图像与实空间对应；q特殊功能特殊功能：晶体结构

16、分析；三维空间定量；化学元素微区：晶体结构分析；三维空间定量；化学元素微区分析功能；加工工具；分析功能；加工工具；q检出限检出限：表面灵敏度；体相灵敏度；：表面灵敏度；体相灵敏度；q分析空间分析空间：横向分辨率；纵向分辨率；：横向分辨率；纵向分辨率；q分析基本原理分析基本原理：检测的物理量；定性、定量：检测的物理量；定性、定量 分析依据；分析依据；q图谱解析方法图谱解析方法：纵坐标、横坐标、峰值物理意义；试样要求：纵坐标、横坐标、峰值物理意义；试样要求及适应领域：试样状态；要求；制备方法；标准样品；及适应领域：试样状态；要求；制备方法；标准样品；XRFEPMASIMSXPSAESISSTXRF

17、H H离子离子H H电子电子H HX X光子光子俄歇电子能谱俄歇电子能谱X X射线光电子能谱射线光电子能谱离子散射谱离子散射谱次级离子质谱次级离子质谱电子探针电子探针全反射全反射X X射线荧光光谱射线荧光光谱表面元素组成表面元素组成表面元素化学态表面元素化学态元素在表面的横向分布元素在表面的横向分布元素在表层的纵向分布元素在表层的纵向分布表面化合物及分子结构表面化合物及分子结构检测全部元素检测全部元素q微区分析技术主要发展途径：微区分析技术主要发展途径：激发源的精确控制激发源的精确控制电子束电子束扫描、控制光阑；扫描、控制光阑；D DXRFXRF D DXPSXPS D DEPMAEPMA D

18、 DAESAES（SAMSAM）；q微样分析技术主要发展途径：微样分析技术主要发展途径：全反射技术、表面增强技术全反射技术、表面增强技术；痕量及超痕量分析痕量及超痕量分析IRIR、TXRFTXRF、RAMANRAMAN；现现代代分分析析谱谱仪仪 線分析条件設定線分析条件設定q毛细管技术毛细管技术：微量样品及对空气敏感的样品微量样品及对空气敏感的样品将其置于直径为将其置于直径为 0.3 0.3 mmmm等尺寸的玻璃毛细管中。当高强度的等尺寸的玻璃毛细管中。当高强度的X X光束照射到毛细管样品上时，相对光束照射到毛细管样品上时，相对于常规的平板状样品来说，随于常规的平板状样品来说，随毛细管自转的样

19、品毛细管自转的样品的所有的晶粒均贡献衍的所有的晶粒均贡献衍射信息。射信息。q微区分析技术微区分析技术：探测小到：探测小到5050微米的微小区域微米的微小区域的衍射信息；的衍射信息；全反射准直全反射准直器及最小准直器技术器及最小准直器技术；用；用XYZXYZ三轴自动样品平台和三轴自动样品平台和激光激光/ /视频对光系统视频对光系统使使样品对光及定位非常简单样品对光及定位非常简单q二维探测器技术二维探测器技术；X X射线衍射强度极低射线衍射强度极低一般仅有少数几个晶粒对散射一般仅有少数几个晶粒对散射有贡献有贡献得拜环不连贯；二维探测器可探测到得拜环不连贯；二维探测器可探测到不均匀衍射斑或整个得拜不

20、均匀衍射斑或整个得拜环，环，沿得拜环对强度数据进行积分可有效地修正这些因素的影响，获得沿得拜环对强度数据进行积分可有效地修正这些因素的影响，获得精确的衍射图象，从而为进一步的分析提供准确的数据；精确的衍射图象，从而为进一步的分析提供准确的数据； DetectorSampleSampleSampleDetectorMIR: Multiple Internal Reflectance( (多重内反射）多重内反射）qATR Liquid CellATR Liquid CellSampleSampleDetectorCuboid Crystal Perfect for aqueous solution

21、Perfect for aqueous solutionDetectorPowder sample with KBrPowder sample with KBr单单 色色 仪仪氨氨激激光光器器激发光纤激发光纤 收集光纤收集光纤光光电电倍倍增增管管聚光系统聚光系统SERSSERS探头探头q同步辐射源技术同步辐射源技术: :SRSR光源光源强度提高几个数量级强度提高几个数量级、波长可以连续调节波长可以连续调节痕量痕量元素分析和微探针分析；元素分析和微探针分析；q高能量分辨率超导检出器：高能量分辨率超导检出器：3 3 eVeV能量分辨率微热量计能量分辨率微热量计由超导温度计构由超导温度计构成的微热量

22、计可成的微热量计可将将X X射线的能量转化为热射线的能量转化为热，通过，通过测量检出器的温度可以确测量检出器的温度可以确定光子的能量定光子的能量，从而进行能量分布测量；，从而进行能量分布测量；NISTNIST已研制出能量分辨率为已研制出能量分辨率为3 34 4 eVeV的微热量计，远远超过了目前用于能量色散的半导体探测器。通过的微热量计，远远超过了目前用于能量色散的半导体探测器。通过进一步研究，微热量计的能量分辨率可望达到进一步研究，微热量计的能量分辨率可望达到0.50.51 1 eVeV美国国家标准美国国家标准技术研究院技术研究院( (NIST)NIST) ；q微探针技术：微探针技术：199

23、71997年美国发往火星的探索者号宇宙飞船上，装载了一台年美国发往火星的探索者号宇宙飞船上，装载了一台轻便的轻便的质子质子X X射线光谱仪，该仪器仅重射线光谱仪，该仪器仅重570 570 g g，采用采用244244CmCm为为和质子辐和质子辐射激发源以及射激发源以及Si-PINSi-PIN检出器。利用该仪器分析了火星上的土壤和岩石样检出器。利用该仪器分析了火星上的土壤和岩石样品，结果表明火星表面的组成与地球地壳的平均组成很接近。品，结果表明火星表面的组成与地球地壳的平均组成很接近。q灵敏度高：检出限低至灵敏度高：检出限低至1010-9-91010-12-12 g g；q样品用量少：测量样品用

24、量少：测量w w为为1010-6-6水平水平的元素，取微升级或微克级样品量即可；的元素，取微升级或微克级样品量即可；q定量分析很简单：定量分析很简单：加入单个内标元素就可对所有共存元素进行定量测定加入单个内标元素就可对所有共存元素进行定量测定；q无基体效应：用样品量极少无基体效应：用样品量极少( (g,Lg,L量级量级) )，可消除基体增强和减弱效应。，可消除基体增强和减弱效应。q溶液样品制样简单：溶液样品制样简单：定量吸取微升级溶液定量吸取微升级溶液滴于反射体上烘干；滴于反射体上烘干；qTXRFTXRF也是也是对半导体硅片表面杂质对半导体硅片表面杂质进行非破坏分析的理想技术；进行非破坏分析的

25、理想技术；q数据来源空间数据来源空间q仪器分辨率仪器分辨率q仪器检出限仪器检出限q对样品的要求对样品的要求q样品用量样品用量q检测误差检测误差q砷砷：指甲、毛发为体内砷的贮留和排泄器官：指甲、毛发为体内砷的贮留和排泄器官根据人平均量根据人平均量对比，诊断砷中毒对比，诊断砷中毒；适合慢性中毒分析；适合慢性中毒分析环境污染、长期投环境污染、长期投毒、化学药品中毒；毒、化学药品中毒；q汞汞：头发汞的浓度常作为测定环境污染程度的有效指标；头：头发汞的浓度常作为测定环境污染程度的有效指标；头发具有排泄功能，排出的汞发具有排泄功能，排出的汞 随头发的生长而保存随头发的生长而保存判断体内判断体内摄取的时间进

26、程摄取的时间进程；q铅铅：毛发的铅含量是：毛发的铅含量是推测接触铅的量推测接触铅的量和身体负荷量的简易、和身体负荷量的简易、方便的指标；方便的指标；中国人、日本人的食物链模式：中国人、日本人的食物链模式： 土壤土壤大米、小麦大米、小麦骨骼骨骼欧、美人的食物链模式：欧、美人的食物链模式： 土壤土壤骨骼骨骼牧草牧草牛奶牛奶饮食习惯的差异导致体内元素浓度相差近十倍饮食习惯的差异导致体内元素浓度相差近十倍原子发射光谱技术原子发射光谱技术原子吸收光谱技术原子吸收光谱技术X X射线光电子射线光电子/ /俄歇电子俄歇电子 能谱分析技术能谱分析技术X X射线荧光光谱技术射线荧光光谱技术电子探针技术电子探针技术

27、q分析测试方式的特点：分析测试方式的特点：抽样检验抽样检验通过通过“样本样本”了解和获得相关分析总了解和获得相关分析总体的定性、定量、形态和结构等信息体的定性、定量、形态和结构等信息 ；直接分析；直接分析；q技术应用要点：以科学合理的方法抽样和取样技术应用要点：以科学合理的方法抽样和取样有足够的代表性；有足够的代表性；分析测试过程中实施分析的质量控制分析测试过程中实施分析的质量控制异常值的判断和处理异常值的判断和处理；测定精确；测定精确度的评定；准确度的检查；遵循科学的推断方法推断总体特性度的评定；准确度的检查；遵循科学的推断方法推断总体特性测定测定值是随机变量值是随机变量以概率取值，大量重复实验中的测试值具有统计规律以概率取值，大量重复实验中的测试值具有统计规律