a電子探針顯微分析

1、電子探針顯微電子探針顯微分析分析(EPMA)(EPMA)應(yīng)用應(yīng)用 電子探針的功能主要是進(jìn)行電子探針的功能主要是進(jìn)行微區(qū)成分分析微區(qū)成分分析。它是在電子光學(xué)和它是在電子光學(xué)和X X射線光譜學(xué)原理的基礎(chǔ)射線光譜學(xué)原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效率分析儀器上發(fā)展起來的一種高效率分析儀器 原理是利用細(xì)聚焦電子束入射樣品表面，原理是利用細(xì)聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征，分析特征 X X射線的射線的波長(zhǎng)（或特征能量）波長(zhǎng)（或特征能量）即可知道樣品即可知道樣品中所含元素的中所含元素的種類（定性分析），分析（定性分析），分析X X射射線的線的強(qiáng)度，則可知道樣品中對(duì)應(yīng)

2、元素含量，則可知道樣品中對(duì)應(yīng)元素含量的多少（定量分析）的多少（定量分析）電子探針儀的結(jié)構(gòu)與原理電子探針儀的結(jié)構(gòu)與原理 電子探針的鏡筒及樣品室和掃描電鏡并無本電子探針的鏡筒及樣品室和掃描電鏡并無本質(zhì)上的差別，因此要使一臺(tái)儀器兼質(zhì)上的差別，因此要使一臺(tái)儀器兼有形貌分有形貌分析析和和成分分析成分分析兩個(gè)方面的功能，往往把掃描兩個(gè)方面的功能，往往把掃描電子顯微鏡和電子探針組合在一起電子顯微鏡和電子探針組合在一起 電子探針的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是電子探針的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是X X射線譜儀。用射線譜儀。用來測(cè)定特征波長(zhǎng)的譜儀叫做來測(cè)定特征波長(zhǎng)的譜儀叫做波長(zhǎng)分散譜儀波長(zhǎng)分散譜儀（WDSWDS）或波譜儀）或波譜儀；用來測(cè)

3、定；用來測(cè)定X X射線特征能量射線特征能量的譜儀叫做的譜儀叫做能量分散譜儀（能量分散譜儀（EDSEDS）或簡(jiǎn)稱能）或簡(jiǎn)稱能譜儀譜儀結(jié)構(gòu)式意圖4.1 波長(zhǎng)分散譜儀（波譜儀，WDS）( (一一) )工作原理工作原理 在電子探針中在電子探針中X X射線是由樣品表面以下一個(gè)微米乃射線是由樣品表面以下一個(gè)微米乃至納米數(shù)量級(jí)的作用體積內(nèi)激發(fā)出來的，如果這個(gè)至納米數(shù)量級(jí)的作用體積內(nèi)激發(fā)出來的，如果這個(gè)體積中含有多種元素，則可以激發(fā)出各個(gè)相應(yīng)的元體積中含有多種元素，則可以激發(fā)出各個(gè)相應(yīng)的元素的特征波長(zhǎng)素的特征波長(zhǎng)X X射線射線 如果我們把分光晶體作適當(dāng)?shù)膹椥詮澢⑹谷绻覀儼逊止饩w作適當(dāng)?shù)膹椥詮澢?，并使?/p>

4、線射線源、彎曲晶體表面和檢測(cè)窗口源、彎曲晶體表面和檢測(cè)窗口位于同一個(gè)圓周上，位于同一個(gè)圓周上，這樣就可以達(dá)到把衍射束聚焦的目的這樣就可以達(dá)到把衍射束聚焦的目的原理圖 第一種方法稱為約翰（第一種方法稱為約翰（Johann）型聚焦法（圖）型聚焦法（圖a）。）。另一種改進(jìn)的聚焦方式叫做約翰遜（另一種改進(jìn)的聚焦方式叫做約翰遜（Johansson）型）型聚焦法聚焦法 電子束轟擊樣品后，被轟擊的微區(qū)電子束轟擊樣品后，被轟擊的微區(qū)就是就是X X射線源。要使射線源。要使X X射線分光、聚射線分光、聚焦，并被檢測(cè)器接收。兩種常見的焦，并被檢測(cè)器接收。兩種常見的譜儀布置形式有：譜儀布置形式有： 直進(jìn)式直進(jìn)式 回旋

5、式回旋式 直進(jìn)式波譜儀的工直進(jìn)式波譜儀的工作原理圖作原理圖: : 這種譜儀的優(yōu)點(diǎn)是這種譜儀的優(yōu)點(diǎn)是X X射線照射分光晶體射線照射分光晶體的方向是固定的，的方向是固定的，即出射角即出射角保持不保持不變，這樣可以使變，這樣可以使X X射射線穿出樣品表面過線穿出樣品表面過程中所走的路線相程中所走的路線相同，也就是吸收條同，也就是吸收條件相等件相等 回轉(zhuǎn)式波譜儀的工作原理回轉(zhuǎn)式波譜儀的工作原理圖圖: : 聚焦圓的圓心聚焦圓的圓心O O不能移動(dòng)，不能移動(dòng)，分光晶體和檢測(cè)器在聚焦分光晶體和檢測(cè)器在聚焦圓的圓周上以圓的圓周上以1 1：2 2的角速的角速度運(yùn)動(dòng)，以保證滿足布拉度運(yùn)動(dòng)，以保證滿足布拉格方程。格方

6、程。 這種波譜儀結(jié)構(gòu)比直進(jìn)這種波譜儀結(jié)構(gòu)比直進(jìn)式波譜儀結(jié)構(gòu)來的簡(jiǎn)單，式波譜儀結(jié)構(gòu)來的簡(jiǎn)單，出射方向改變很大，在表出射方向改變很大，在表面不平度較大的情況下，面不平度較大的情況下，由于由于X X射線在樣品內(nèi)行進(jìn)射線在樣品內(nèi)行進(jìn)路線不同，往往會(huì)因吸收路線不同，往往會(huì)因吸收條件變化而造成分析上的條件變化而造成分析上的誤差誤差波譜儀分析一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的譜線圖，橫坐標(biāo)代表波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)代表強(qiáng)度4.2 能量分散譜儀（能譜儀EDS）（一）工作原理（一）工作原理 各種元素具有自己的各種元素具有自己的X X射線特征波長(zhǎng)，特征波長(zhǎng)的射線特征波長(zhǎng)，特征波長(zhǎng)的大小取決于能及躍遷過程中釋放出的特征能量大小取決于能及躍遷過程中

7、釋放出的特征能量EE。能譜儀就是利用不同元素能譜儀就是利用不同元素X X射線光子特征能量不同射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)進(jìn)行成分分析的這一特點(diǎn)進(jìn)行成分分析的 X X射線光子由鋰漂移硅射線光子由鋰漂移硅SiSi（LiLi）檢測(cè)器收集，當(dāng)光）檢測(cè)器收集，當(dāng)光子進(jìn)入檢測(cè)器后，子進(jìn)入檢測(cè)器后， SiSi（LiLi）晶體內(nèi)激發(fā)出一定數(shù)）晶體內(nèi)激發(fā)出一定數(shù)目的電子空穴對(duì)目的電子空穴對(duì) 入射入射X X射線光子的能量越高，射線光子的能量越高，N N就越大就越大工作原理圖 圖（圖（a a）為用）為用能譜儀測(cè)出能譜儀測(cè)出的一種夾雜的一種夾雜物的譜線圖，物的譜線圖，橫坐標(biāo)以能橫坐標(biāo)以能量表示，縱量表示，縱坐標(biāo)是強(qiáng)度

8、坐標(biāo)是強(qiáng)度計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 圖中各特征圖中各特征X X射線峰和波射線峰和波譜儀給出的譜儀給出的特征峰的位特征峰的位置相對(duì)應(yīng)，置相對(duì)應(yīng)，如圖（如圖（b b）（二）能譜儀成分分析的特點(diǎn) 和波譜儀相比，能譜儀具有下列幾方面的優(yōu)點(diǎn)：和波譜儀相比，能譜儀具有下列幾方面的優(yōu)點(diǎn)：（1 1）能譜儀探測(cè)）能譜儀探測(cè)X X射線的射線的效率高效率高。因?yàn)?。因?yàn)镾iSi（LiLi）探頭）探頭可以安放在比較接近樣品的位置?？梢园卜旁诒容^接近樣品的位置。 SiSi（LiLi）晶體）晶體對(duì)對(duì)X X射線的檢測(cè)率高，因此射線的檢測(cè)率高，因此能譜儀的靈敏度比波譜能譜儀的靈敏度比波譜儀高一個(gè)數(shù)量級(jí)儀高一個(gè)數(shù)量級(jí)（2 2）能譜儀可在同一時(shí)間

9、內(nèi)對(duì)分析點(diǎn)內(nèi)所有元素）能譜儀可在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)分析點(diǎn)內(nèi)所有元素X X射射線光子的能量進(jìn)行測(cè)定和計(jì)數(shù)，在幾分鐘內(nèi)可得到線光子的能量進(jìn)行測(cè)定和計(jì)數(shù)，在幾分鐘內(nèi)可得到定性分析結(jié)果，而定性分析結(jié)果，而波譜儀只能逐個(gè)測(cè)量每種元素的波譜儀只能逐個(gè)測(cè)量每種元素的特征波長(zhǎng)特征波長(zhǎng)（3 3）能譜儀的）能譜儀的結(jié)構(gòu)比波譜儀簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)比波譜儀簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械傳動(dòng)部，沒有機(jī)械傳動(dòng)部分，因此穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好分，因此穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好（4 4）能譜儀）能譜儀不必聚焦不必聚焦能譜儀仍有它自己的不足之處能譜儀仍有它自己的不足之處（1 1）能譜儀的分辨率比波譜儀低。在一般情況下，）能譜儀的分辨率比波譜儀低。在一般情況下， Si

10、Si（LiLi）檢測(cè)器的能量分辨率約為）檢測(cè)器的能量分辨率約為160eV160eV，而，而波譜波譜儀的能量分辨率可達(dá)儀的能量分辨率可達(dá)5 510eV10eV（2 2）能譜儀中因）能譜儀中因SiSi（LiLi）檢測(cè)器的鈹窗口限制了超）檢測(cè)器的鈹窗口限制了超輕元素輕元素X X射線的測(cè)量，它只能分析射線的測(cè)量，它只能分析原子序數(shù)大于原子序數(shù)大于1111的元素，而波譜儀可測(cè)定原子序數(shù)從的元素，而波譜儀可測(cè)定原子序數(shù)從4 4到到9292之間之間的的所有元素所有元素（3 3）能譜儀的）能譜儀的SiSi（LiLi）探頭必須保持在低溫狀態(tài)，）探頭必須保持在低溫狀態(tài)，因此必須時(shí)時(shí)用液氮冷卻因此必須時(shí)時(shí)用液氮冷卻

11、電子探針儀的分析方法及應(yīng)用一、定性分析1.1.定點(diǎn)分析定點(diǎn)分析2.2.線分析線分析3.3.面分析面分析定點(diǎn)元素分析ZrO2中析出相Y2O3的摩爾百分?jǐn)?shù)線分析BaF2形貌及掃描線的位置元素分布面分析Zn-Bi2O3陶瓷燒結(jié)表面形貌像Bi元素面分布二、定量分析簡(jiǎn)介 定量分析時(shí)先測(cè)出試樣中定量分析時(shí)先測(cè)出試樣中Y元素的元素的X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度Iy，再在同樣條件下測(cè)定純?cè)僭谕瑯訔l件下測(cè)定純Y元素的元素的X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度Iy0，然后二者分別扣除背底和計(jì)數(shù)器死時(shí)間對(duì)所測(cè)值然后二者分別扣除背底和計(jì)數(shù)器死時(shí)間對(duì)所測(cè)值的影響，得到相應(yīng)的強(qiáng)度值的影響，得到相應(yīng)的強(qiáng)度值Iy和和Iy0，把二者相比，把二者相比得到強(qiáng)度比得到強(qiáng)度比Ky， KyIy/Iy0 在理想情況下，在理想情況下，Ky就是試樣中就是試樣中Y元素的質(zhì)量濃度元素的質(zhì)量濃度Cy， CyZAFKy Z原子序數(shù)修正項(xiàng)，原子序數(shù)修正項(xiàng)，A吸收修正項(xiàng)，吸收修正項(xiàng)，F(xiàn)二次二次熒光修正項(xiàng)熒光修正項(xiàng)