EPMA显微分析学习教案

1、会计学1EPMA显微分析显微分析第一页，编辑于星期六：九点 十一分。2 电子探针显微分析电子探针显微分析: EPMA（Electron Probe MicroAnalysis），是），是电子探针显微电子探针显微分析技术分析技术， 利用聚焦电子束照射在试样表面的微小区利用聚焦电子束照射在试样表面的微小区域上，激发试样中各元素的不同波长（能域上，激发试样中各元素的不同波长（能量）的特征量）的特征X射线。用射线。用X射线谱仪探测这些射线谱仪探测这些X射线，得到射线，得到X射线谱。射线谱。 电子探针仪：电子探针仪：EPMA(Electron Probe MicroAnalyzer)第1页/共45页第二

2、页，编辑于星期六：九点 十一分。3emission energy: K L MKLK shellL shellM shellValence electronn=1, l=0, j=1/2n=2, l=0, j=1/2n=2, l=1, j=1/2n=2, l=1, j=3/2n=3, l=2, j=5/2n=3, l=2, j=3/2n=3, l=1, j=3/2n=3, l=1, j=1/2n=3, l=0, j=1/2RulesDl=1; Dj=0,1n:主量子数l：轨道角量子数j=l+s:轨道角动量自旋 角动量M第2页/共45页第三页，编辑于星期六：九点 十一分。4第3页/共45页第四页

3、，编辑于星期六：九点 十一分。5根据特征X射线的波长（能量）进行元素定性分析；根据特征X射线的强度进行元素的定量分析。常用的X射线谱仪有两种：1、利用特征X射线的不同波长来展谱波谱仪；2、利用特征x射线不同能量来展谱能谱仪。第4页/共45页第五页，编辑于星期六：九点 十一分。6第5页/共45页第六页，编辑于星期六：九点 十一分。7主要包括三个部分：电子光学系统扫描显示系统波谱（能谱）仪X射线分光系统X射线探测系统第6页/共45页第七页，编辑于星期六：九点 十一分。8波谱仪全聚焦直进式波谱仪分光晶体、X射线探测器和相应的机械传动装置构成第7页/共45页第八页，编辑于星期六：九点 十一分。9第8页

4、/共45页第九页，编辑于星期六：九点 十一分。10WDX原理图第9页/共45页第十页，编辑于星期六：九点 十一分。11sin2LR2 sindndLRn第10页/共45页第十一页，编辑于星期六：九点 十一分。12分光晶体：专门用来对X射线起分光作用的晶体。它具有的性能：高的衍射效率 强的反射能力 好的分辨率 外形具有一定弧度不同的分光晶体有不同的分光波长范围，只能分光一段范围波长的X射线和适用于一定原子序数范围的元素分析。第11页/共45页第十二页，编辑于星期六：九点 十一分。13X射线探测器特点：高的探测灵敏度 与波长的正比性好 响应时间短种类：流气正比计数管 充气正比计数管 闪烁计数管等第

5、12页/共45页第十三页，编辑于星期六：九点 十一分。14第13页/共45页第十四页，编辑于星期六：九点 十一分。15X射线计数和记录系统第14页/共45页第十五页，编辑于星期六：九点 十一分。16能谱仪（EDS）第15页/共45页第十六页，编辑于星期六：九点 十一分。17第16页/共45页第十七页，编辑于星期六：九点 十一分。18脉冲整形器液体氮前置放大器 主放大器多道分析器（）检测器窗口平行光管电子束样品原理图射线第17页/共45页第十八页，编辑于星期六：九点 十一分。19X-射线 多道分析器X-射线能量A/D 转换器脉冲处理器EDS信号处理过程Si(Li) 探测器计数离子数 = X-射线

6、光子能量 / 3.8eV计算机内存脉冲高度正比于 X-射线光子能量前置放大器第18页/共45页第十九页，编辑于星期六：九点 十一分。20点分析第19页/共45页第二十页，编辑于星期六：九点 十一分。21面分析第20页/共45页第二十一页，编辑于星期六：九点 十一分。22波谱仪与能谱仪操作特性操作特性波谱仪波谱仪能谱仪能谱仪分析元素范围分析元素范围Z4Z11；Z6分辨率分辨率5eV145-155eV探测极限探测极限0.01-0.1%0.1-0.5%X光子几何收光子几何收集效率集效率随分光晶体位置而随分光晶体位置而变化，变化，0.2%2%量子效率量子效率30%100%（2.5-15eV) 瞬时接收

7、范围瞬时接收范围谱仪能分辨的范围谱仪能分辨的范围 全部有用能量范围全部有用能量范围最小电子束斑最小电子束斑200nm5nm分析速度分析速度十几分钟十几分钟几分钟几分钟谱的失真谱的失真少少探测过程中、信号处理过程中探测过程中、信号处理过程中以及样品室周围环境引起以及样品室周围环境引起对表面要求对表面要求平整光滑平整光滑较粗糙表面也适用较粗糙表面也适用第21页/共45页第二十二页，编辑于星期六：九点 十一分。23波谱仪：分析的元素范围广、探测极限小、分辨率高，适用于精确的定量分析。缺点是要求试样表面平整光滑，分析速度慢，需要用较大的束流，从而容易引起样品和镜筒的污染。能谱仪：分析速度快，可用较小的

8、束流和微细的电子束，对试样表面要求不严格。缺点是分析元素范围窄、探测极限大、分辨率低以及容易失真。简便性可靠性第22页/共45页第二十三页，编辑于星期六：九点 十一分。24分析方法及其应用第23页/共45页第二十四页，编辑于星期六：九点 十一分。25工作参数1、加速电压 一般取过电压比为24。2、计数率和计数时间 一般累计计数大于105，计数率为103-104cps，计数时间为10-100s.3、X射线出射角 当取低出射角时，将增大分析结果的校正量。第24页/共45页第二十五页，编辑于星期六：九点 十一分。26定点定性分析定点定性分析是对试样某一选定点进行定性成分分析，以确定该点区域内存在的元

9、素。能谱定性分析方法： 1）根据经验及谱线所在的能量位置估计某一峰或几个峰是某元素的特征X射线峰；2）当无法估计可能的元素时，根据谱峰所在的位置查找元素各系谱线的能量卡片或能量图来确定元素。波谱定性分析：对一给定元素，在谱中出现更多的谱线，波谱定性分析不像能谱定性分析一样简单、直观。第25页/共45页第二十六页，编辑于星期六：九点 十一分。27第26页/共45页第二十七页，编辑于星期六：九点 十一分。281、线扫描可以用照相纪录或计算机作图。线高度、线扫描可以用照相纪录或计算机作图。线高度代表元素含量，代表元素含量，同种元素在相同条件下可以定同种元素在相同条件下可以定性比较含量变化。性比较含量

10、变化。2、因为不同元素产生的、因为不同元素产生的X射线产额不同，所以射线产额不同，所以元素之间的峰高不能进行元素含量的比较。元素之间的峰高不能进行元素含量的比较。3、线扫描越过相界或者扩散层、线扫描越过相界或者扩散层(例如纤维表面）例如纤维表面）时的线上升或者下降斜率较小时，不能确定是元时的线上升或者下降斜率较小时，不能确定是元素成分的变化，可能是时间常数引起的斜率变化。素成分的变化，可能是时间常数引起的斜率变化。4、即使元素含量没有变化，沿扫描线的元素分布、即使元素含量没有变化，沿扫描线的元素分布通常也不是一条直线，这是由于通常也不是一条直线，这是由于X射线计数统计射线计数统计涨落引起的。涨

11、落引起的。第27页/共45页第二十八页，编辑于星期六：九点 十一分。29Fe、Cr、Al、Si线分布扫描线第28页/共45页第二十九页，编辑于星期六：九点 十一分。30,最直观。最直观。要根据试样特点及分要根据试样特点及分析目的合理选择分析方法析目的合理选择分析方法。第29页/共45页第三十页，编辑于星期六：九点 十一分。31TiCY第30页/共45页第三十一页，编辑于星期六：九点 十一分。32定量分析在稳定的电子束照射下，由谱仪得到的X射线谱在扣除了背景计数率之后，各元素的同类特征谱线（一般采用K）的强度值与它们的浓度相对应。即经过背景校正后的强度测量值I与其浓度C成正比。第31页/共45页

12、第三十二页，编辑于星期六：九点 十一分。33第32页/共45页第三十三页，编辑于星期六：九点 十一分。34第33页/共45页第三十四页，编辑于星期六：九点 十一分。35EPMA, SEMEDS还无法完全代替还无法完全代替EPMA。第34页/共45页第三十五页，编辑于星期六：九点 十一分。36 扫描型扫描型EPMA是是1960年问世。我国从六十年问世。我国从六十年代中开始陆续引进，年代中开始陆续引进， 国内现有可用的国内现有可用的各种电子探针约各种电子探针约100台，日本超过台，日本超过1500台。台。现在世界上生产现在世界上生产EPMA的厂家有三家：日的厂家有三家：日本电子公司、日本岛津公司和

13、法国的本电子公司、日本岛津公司和法国的CAMECA公司。公司。 1977我国曾试制过我国曾试制过2台台EPMA；现在只生产；现在只生产SEM。第35页/共45页第三十六页，编辑于星期六：九点 十一分。37第36页/共45页第三十七页，编辑于星期六：九点 十一分。38 二十一世纪开始，推出电子光学系统自二十一世纪开始，推出电子光学系统自动化功能（自动合轴、自动找灯丝加热动化功能（自动合轴、自动找灯丝加热饱和点）、高衍射效率的分光晶体、两饱和点）、高衍射效率的分光晶体、两种罗兰园半径、高精度的谱仪驱动及试种罗兰园半径、高精度的谱仪驱动及试样台驱动、分析功能多、分析速度快及样台驱动、分析功能多、分析

14、速度快及定量分析准确度高的定量分析准确度高的第八代第八代： JXA-8100（LaB6/W)/8200（EDS）,一个鼠标，一个键盘一个鼠标，一个键盘JEOL的的EDS。第37页/共45页第三十八页，编辑于星期六：九点 十一分。39Scanning displayEWS display1 mouse，1keyboardFlat top & compact display by digital controlOutline 2Operating panel，Joystick第38页/共45页第三十九页，编辑于星期六：九点 十一分。403辨率高、束经小、灯丝寿命长。辨率高、束经小、灯丝寿命

15、长。高真空度减少污染。高真空度减少污染。第39页/共45页第四十页，编辑于星期六：九点 十一分。41中科院上海硅酸盐所JXA-8100电子探针第40页/共45页第四十一页，编辑于星期六：九点 十一分。42第41页/共45页第四十二页，编辑于星期六：九点 十一分。43国际国际标准化组织（标准化组织（ISO)在在EPMA国际标准术语国际标准术语(ISO 238332005 )中规范了中规范了EDS、EDX、WDS 、WDX、EPMA等的缩写含义，根据该标准制定的国家标准等的缩写含义，根据该标准制定的国家标准稿已通过：稿已通过：能谱仪能谱仪：EDS （ Energy Dispersive Spectrometer)能谱法能谱法