电子探针的功能主要是进行微区成分分析(材料分析方法)

第十四章电子探针显微分析前言和X原，征征X品析X量是是X专门用来检测X射线的特征波长或特征能量以此来对微区的化学成分进行分析。因此，除专门的电子探针仪外，有相当一部分电子探针仪是作为附件安装在扫描电镜或透射电镜镜筒上，以满足微区组织形貌、晶体结构及化学成分三位一体同位分析的需要。一、电子探针仪的结构与工作原理图1为电子探针仪的结构示意图。由图可知，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有形貌分析和成分分析两个方面的功能，往往把扫描电子显微镜和电子探针组合在一起。图1电子图是X谱（WDS定X仪（S或。（一）波长分散谱仪（波谱仪WDS）1、工作原理在电子探针中X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长X射线在上平一有晶距d射X入程n＝λ的X发见图2。因为在作用积中发的X射线具有多种征波长且它们都以点光源形式向周发射此对一个征波长的X射线说只有某些特的入图2的X入射方向入射时产生各自衍射束的情况。若面向衍射束安置一个接收器，便可记录下不同波长的X同的X。图2 光体的X但就收集中波长X射线的效率来看是非常低的。因此，这种检测X射线的方法必须改进。如果我们把分光晶体作适当的弹性弯曲，并使射线/弯曲晶体表面和检测器窗口位于同一个圆周上，这样就可以达到把衍射束聚焦的目的。此时，整个分光晶体只收集一种波长的X射线，使这种单色X射线的衍射强度大大提高。图3是两种X射线（图a把，即R的X源S点A、、C上接收到的X射线相对于点光源来说，入射的角都相等，由此A、、C三点的衍射线都能在D点附近聚焦。从图中可以看出因ABC三点的衍射线并不恰在一点故这是一种近似的聚焦方式。另一种改进的聚焦方式叫做约翰逊型聚焦法这种方法是把衍射晶面曲率半径弯成2R的晶体表面磨制成和聚焦圆表面相合（即晶体表面的曲率半径和R相等，这样的布置可以使AC三点的衍射束正好聚焦在D点所以这种方法也叫做全聚焦（图。图3 两种（a法b法测X的X有发散性。分光晶体表面不可能处处精确符合布拉格条件，加之有些分光晶体虽可以进行弯曲，但不能磨制，因此不大可能达到理想的聚焦条件，如果检测器上接收狭缝有足够的宽度，即使采用不大精确的约翰型聚焦法，也是能够满足聚焦要求的。电，是X使X被图4图5图4为直进波仪的是X角φ保持不变，这样可以使射线穿过样品表面过程中所走的路线相同。也就是吸收条件相等。由图中的几何关系分析可知，分光晶体位置沿直线运动时，晶体本身应产生相应的转动，使不同波长λ1、λ2和λ3的X射线以θ1、2和θ3格为λ1、λ2和3中O1为圆心圆为，线S1长度用11径R是的1出θ1格nθ3距是已知的，故可计算出和θ1相对的征X射线波长。光体从1变至2或L（可通器的柄动机使分光晶体沿出射方向直线移动，用同样方法可求得θ2θ3和λ2、λ3。3图4 式仪图5 式仪分光晶体直线运动时，检测器能在几个位置上接收到衍射束，表明试样被激发的体积内存在着相应的几种元素。衍射束的强度大小和元素含量成正比。图5为回转式波谱仪的工作原理。聚焦圆的圆心O不能移动，分光晶体和检测器在聚焦圆的圆周上以12的角速度运动，以保证满足布拉格方程。这种波谱仪结构比直进式波谱仪结构来得简单，出射方向改变很大，在表面不平度较大的情况下，由于X线在样品内行进路线不同，往往会因吸收条件变化而造成分析上的误差。2、分析方法图6为一张用波谱仪分析一个测量点的谱线图，横坐标代表波长，纵坐标代表强征X的高度代这种元的含。在进定点析时，要把图4中的距离L从最小到最或XY仪上。应析问：（1）析谱大10～50倍的光学微。显微镜的物镜是特制的，即镜片中心开有圆孔，以使电子束通过通过目镜可以观察到电子束照射到样品上的位置，在进行分析时，必须使目的物和电子束重合，其位置正好位于光学显微镜目镜标尺的中心交叉点上。（2L和θ从L在0～30m范围径R＝20m的情况θ的变范大在15°～65可见一个分光晶体能够覆盖的波长是有限的，因此，它只能测定某一原子序数范围的元素如分析＝4～92范围的元，则必使用几晶面距不同晶体，此，一个谱中经常有两块体可以换，而台电子针仪往往装有2～6个谱仪，有时几谱仪一工作，以同时定几个素。表1列出了常的分光体。表1常用的分光体（二）能量分散谱仪（能谱仪ED）1、工作原理前面已经介绍了各种元素具有自己的X射线特征波长特征波长的大小则取决于能级跃迁过程中释放的特征能ΔE。能谱仪就是利用不同元素X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析。图7为采用锂漂移硅检测器能量谱仪的方框图X射线光子由锂漂移硅Si（i）检测器收集，当光子进入检测器后，在Si（i激量ε是一定，此由个X射线子造的子－穴对数为N＝ΔE/ε入射X射线光子的量越，N就越大利用在晶两端偏压集电－空对，前置大转换电流脉于N的转道脉冲高度分析器。脉冲高度分析器按高度把脉冲分类并进行计数，这样就可以描出一张特征X射线按能量大小分布的图谱。图7 锂漂移硅能谱仪方框图图8能谱仪和波谱仪（线线）图（用出物，量坐是强度计数图中各特征X射线峰和波谱仪给出的特征峰的位置是相对应的如（b，只不过前者峰的形状比较平坦。2、能谱仪成分分析的特点（1）优点和波谱仪相比，能谱仪具有下列几个方面的优点：（a）能谱仪探测X射线的效率高，因为Si（i）探头可以安放在比较接近样品的位对X，X射信接头，通分光体。Si（i对X射线的检测率极高，因此能谱仪的灵敏度比波谱仪高一个数量级。（b能谱仪可在同一时间内对分析点内所有元素X射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，而波谱仪只能逐个测量每种元素的特征波长。（c）能谱仪的结构比波谱仪简单，没有机械传动部分，因此稳定性和重复性都很好。（d）能谱仪不必聚焦，因此对样品表面没有特殊要求，适合于粗糙表面的分析工作。（2）缺点能谱仪仍有它自己不足的地方，表现为以下几点：（a）能谱仪的分辨率比波谱仪低，由图8b和a比较可以看出，能谱仪给出的波峰比较宽，容易重叠。在一般情况下，检测器Si（i）的能量分辨率约为160e，波谱仪的量分率可达5～10e。（b）能谱仪因Si（i）检测器的铍窗口限制了超轻元素X射线的测量，因此它只能分析原子序数大于1从4到2。（c的Si（i。二、电子探针仪的分析方法及应用（一）定性分析1、定点分析图9 O2Y2O）陶为YO3的摩尔分数）将电子束固定在需要分析的微区上，用波谱仪分析时可改变分光晶体和探测器的的X光2 3图8图9给了Z2（Y2O3）陶瓷析出相与基体定点成分分析结果，可见析出相（t相）Y2O3含量低，而基体（c相YO含量高，和相图相符合2 32、线分析征X或能量）的位置上，使电子束沿着指定的路径作直线轨迹扫描，便可得到这一元素沿该图10中S和Mn含量高于基体。图10 aS析b）n）3、面分析电把X收征X。征X示这种元素的含量较高。若把谱仪的位置固定在另一位置，则可获得另一种元素的浓度分布图像图12给出ZnOi2O3陶面出i在晶界上有严重偏聚。图11面成貌像Bi元素的X射线布）（二）定量分析简介定量分析时先测出试样中Y元素的X度/，再在同样条件下测定纯Y元素的X射线强度0/，然后到值Y和0，比K：，KY就中Y元的量数C，能做还要考虑原子序数吸收和二次荧光的影响，因