a电子探针显微分析

1、电子探针显微电子探针显微分析分析(EPMA)(EPMA)应用应用 电子探针的功能主要是进行电子探针的功能主要是进行微区成分分析微区成分分析。它是在电子光学和它是在电子光学和X X射线光谱学原理的基础射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器上发展起来的一种高效率分析仪器 原理是利用细聚焦电子束入射样品表面，原理是利用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的激发出样品元素的特征X射线，分析特征，分析特征 X X射线的射线的波长（或特征能量）波长（或特征能量）即可知道样品即可知道样品中所含元素的中所含元素的种类（定性分析），分析（定性分析），分析X X射射线的线的强度，则可知道样品中对应

2、元素含量，则可知道样品中对应元素含量的多少（定量分析）的多少（定量分析）电子探针仪的结构与原理电子探针仪的结构与原理 电子探针的镜筒及样品室和扫描电镜并无本电子探针的镜筒及样品室和扫描电镜并无本质上的差别，因此要使一台仪器兼质上的差别，因此要使一台仪器兼有形貌分有形貌分析析和和成分分析成分分析两个方面的功能，往往把扫描两个方面的功能，往往把扫描电子显微镜和电子探针组合在一起电子显微镜和电子探针组合在一起 电子探针的信号检测系统是电子探针的信号检测系统是X X射线谱仪。用射线谱仪。用来测定特征波长的谱仪叫做来测定特征波长的谱仪叫做波长分散谱仪波长分散谱仪（WDSWDS）或波谱仪）或波谱仪；用来测

3、定；用来测定X X射线特征能量射线特征能量的谱仪叫做的谱仪叫做能量分散谱仪（能量分散谱仪（EDSEDS）或简称能）或简称能谱仪谱仪结构式意图4.1 波长分散谱仪（波谱仪，WDS）( (一一) )工作原理工作原理 在电子探针中在电子探针中X X射线是由样品表面以下一个微米乃射线是由样品表面以下一个微米乃至纳米数量级的作用体积内激发出来的，如果这个至纳米数量级的作用体积内激发出来的，如果这个体积中含有多种元素，则可以激发出各个相应的元体积中含有多种元素，则可以激发出各个相应的元素的特征波长素的特征波长X X射线射线 如果我们把分光晶体作适当的弹性弯曲，并使如果我们把分光晶体作适当的弹性弯曲，并使射

4、线射线源、弯曲晶体表面和检测窗口源、弯曲晶体表面和检测窗口位于同一个圆周上，位于同一个圆周上，这样就可以达到把衍射束聚焦的目的这样就可以达到把衍射束聚焦的目的原理图 第一种方法称为约翰（第一种方法称为约翰（Johann）型聚焦法（图）型聚焦法（图a）。）。另一种改进的聚焦方式叫做约翰逊（另一种改进的聚焦方式叫做约翰逊（Johansson）型）型聚焦法聚焦法 电子束轰击样品后，被轰击的微区电子束轰击样品后，被轰击的微区就是就是X X射线源。要使射线源。要使X X射线分光、聚射线分光、聚焦，并被检测器接收。两种常见的焦，并被检测器接收。两种常见的谱仪布置形式有：谱仪布置形式有： 直进式直进式 回旋

5、式回旋式 直进式波谱仪的工直进式波谱仪的工作原理图作原理图: : 这种谱仪的优点是这种谱仪的优点是X X射线照射分光晶体射线照射分光晶体的方向是固定的，的方向是固定的，即出射角即出射角保持不保持不变，这样可以使变，这样可以使X X射射线穿出样品表面过线穿出样品表面过程中所走的路线相程中所走的路线相同，也就是吸收条同，也就是吸收条件相等件相等 回转式波谱仪的工作原理回转式波谱仪的工作原理图图: : 聚焦圆的圆心聚焦圆的圆心O O不能移动，不能移动，分光晶体和检测器在聚焦分光晶体和检测器在聚焦圆的圆周上以圆的圆周上以1 1：2 2的角速的角速度运动，以保证满足布拉度运动，以保证满足布拉格方程。格方

6、程。 这种波谱仪结构比直进这种波谱仪结构比直进式波谱仪结构来的简单，式波谱仪结构来的简单，出射方向改变很大，在表出射方向改变很大，在表面不平度较大的情况下，面不平度较大的情况下，由于由于X X射线在样品内行进射线在样品内行进路线不同，往往会因吸收路线不同，往往会因吸收条件变化而造成分析上的条件变化而造成分析上的误差误差波谱仪分析一个测量点的谱线图，横坐标代表波长，纵坐标代表强度4.2 能量分散谱仪（能谱仪EDS）（一）工作原理（一）工作原理 各种元素具有自己的各种元素具有自己的X X射线特征波长，特征波长的射线特征波长，特征波长的大小取决于能及跃迁过程中释放出的特征能量大小取决于能及跃迁过程中

7、释放出的特征能量EE。能谱仪就是利用不同元素能谱仪就是利用不同元素X X射线光子特征能量不同射线光子特征能量不同这一特点进行成分分析的这一特点进行成分分析的 X X射线光子由锂漂移硅射线光子由锂漂移硅SiSi（LiLi）检测器收集，当光）检测器收集，当光子进入检测器后，子进入检测器后， SiSi（LiLi）晶体内激发出一定数）晶体内激发出一定数目的电子空穴对目的电子空穴对 入射入射X X射线光子的能量越高，射线光子的能量越高，N N就越大就越大工作原理图 图（图（a a）为用）为用能谱仪测出能谱仪测出的一种夹杂的一种夹杂物的谱线图，物的谱线图，横坐标以能横坐标以能量表示，纵量表示，纵坐标是强度

8、坐标是强度计数计数 图中各特征图中各特征X X射线峰和波射线峰和波谱仪给出的谱仪给出的特征峰的位特征峰的位置相对应，置相对应，如图（如图（b b）（二）能谱仪成分分析的特点 和波谱仪相比，能谱仪具有下列几方面的优点：和波谱仪相比，能谱仪具有下列几方面的优点：（1 1）能谱仪探测）能谱仪探测X X射线的射线的效率高效率高。因为。因为SiSi（LiLi）探头）探头可以安放在比较接近样品的位置。可以安放在比较接近样品的位置。 SiSi（LiLi）晶体）晶体对对X X射线的检测率高，因此射线的检测率高，因此能谱仪的灵敏度比波谱能谱仪的灵敏度比波谱仪高一个数量级仪高一个数量级（2 2）能谱仪可在同一时间

9、内对分析点内所有元素）能谱仪可在同一时间内对分析点内所有元素X X射射线光子的能量进行测定和计数，在几分钟内可得到线光子的能量进行测定和计数，在几分钟内可得到定性分析结果，而定性分析结果，而波谱仪只能逐个测量每种元素的波谱仪只能逐个测量每种元素的特征波长特征波长（3 3）能谱仪的）能谱仪的结构比波谱仪简单结构比波谱仪简单，没有机械传动部，没有机械传动部分，因此稳定性和重复性都很好分，因此稳定性和重复性都很好（4 4）能谱仪）能谱仪不必聚焦不必聚焦能谱仪仍有它自己的不足之处能谱仪仍有它自己的不足之处（1 1）能谱仪的分辨率比波谱仪低。在一般情况下，）能谱仪的分辨率比波谱仪低。在一般情况下， Si

10、Si（LiLi）检测器的能量分辨率约为）检测器的能量分辨率约为160eV160eV，而，而波谱波谱仪的能量分辨率可达仪的能量分辨率可达5 510eV10eV（2 2）能谱仪中因）能谱仪中因SiSi（LiLi）检测器的铍窗口限制了超）检测器的铍窗口限制了超轻元素轻元素X X射线的测量，它只能分析射线的测量，它只能分析原子序数大于原子序数大于1111的元素，而波谱仪可测定原子序数从的元素，而波谱仪可测定原子序数从4 4到到9292之间之间的的所有元素所有元素（3 3）能谱仪的）能谱仪的SiSi（LiLi）探头必须保持在低温状态，）探头必须保持在低温状态，因此必须时时用液氮冷却因此必须时时用液氮冷却

11、电子探针仪的分析方法及应用一、定性分析1.1.定点分析定点分析2.2.线分析线分析3.3.面分析面分析定点元素分析ZrO2中析出相Y2O3的摩尔百分数线分析BaF2形貌及扫描线的位置元素分布面分析Zn-Bi2O3陶瓷烧结表面形貌像Bi元素面分布二、定量分析简介 定量分析时先测出试样中定量分析时先测出试样中Y元素的元素的X射线强度射线强度Iy，再在同样条件下测定纯再在同样条件下测定纯Y元素的元素的X射线强度射线强度Iy0，然后二者分别扣除背底和计数器死时间对所测值然后二者分别扣除背底和计数器死时间对所测值的影响，得到相应的强度值的影响，得到相应的强度值Iy和和Iy0，把二者相比，把二者相比得到强度比得到强度比Ky， KyIy/Iy0 在理想情况下，在理想情况下，Ky就是试样中就是试样中Y元素的质量浓度元素的质量浓度Cy， CyZAFKy Z原子序数修正项，原子序数修正项，A吸收修正项，吸收修正项，F二次二次荧光修正项荧光修正项