a第講電子探針顯微分析9

第四節(jié)電子探針顯微分析(EPMA)應(yīng)用電子探針的功能主要是進行微區(qū)成分分析。它是在電子光學(xué)和X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原理是利用細聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長（或特征能量）即可知道樣品中所含元素的種類（定性分析），分析X射線的強度，則可知道樣品中對應(yīng)元素含量的多少（定量分析）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質(zhì)上的差別，因此要使一臺儀器兼有形貌分析和成分分析兩個方面的功能，往往把掃描電子顯微鏡和電子探針組合在一起電子探針的信號檢測系統(tǒng)是X射線譜儀。用來測定特征波長的譜儀叫做波長分散譜儀（WDS）或波譜儀；用來測定X射線特征能量的譜儀叫做能量分散譜儀（EDS）或簡稱能譜儀結(jié)構(gòu)式意圖4.1波長分散譜儀（波譜儀，WDS）(一)工作原理在電子探針中X射線是由樣品表面以下一個微米乃至納米數(shù)量級的作用體積內(nèi)激發(fā)出來的，如果這個體積中含有多種元素，則可以激發(fā)出各個相應(yīng)的元素的特征波長X射線如果我們把分光晶體作適當(dāng)?shù)膹椥詮澢?，并使射線源、彎曲晶體表面和檢測窗口位于同一個圓周上，這樣就可以達到把衍射束聚焦的目的原理圖

第一種方法稱為約翰（Johann）型聚焦法（圖a）。另一種改進的聚焦方式叫做約翰遜（Johansson）型聚焦法電子束轟擊樣品后，被轟擊的微區(qū)就是X射線源。要使X射線分光、聚焦，并被檢測器接收。兩種常見的譜儀布置形式有：直進式回旋式

直進式波譜儀的工作原理圖:這種譜儀的優(yōu)點是X射線照射分光晶體的方向是固定的，即出射角ψ保持不變，這樣可以使X射線穿出樣品表面過程中所走的路線相同，也就是吸收條件相等

回轉(zhuǎn)式波譜儀的工作原理圖:聚焦圓的圓心O不能移動，分光晶體和檢測器在聚焦圓的圓周上以1：2的角速度運動，以保證滿足布拉格方程。這種波譜儀結(jié)構(gòu)比直進式波譜儀結(jié)構(gòu)來的簡單，出射方向改變很大，在表面不平度較大的情況下，由于X射線在樣品內(nèi)行進路線不同，往往會因吸收條件變化而造成分析上的誤差波譜儀分析一個測量點的譜線圖，橫坐標(biāo)代表波長，縱坐標(biāo)代表強度4.2能量分散譜儀（能譜儀EDS）（一）工作原理各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小取決于能及躍遷過程中釋放出的特征能量ΔE。能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點進行成分分析的X射線光子由鋰漂移硅Si（Li）檢測器收集，當(dāng)光子進入檢測器后，Si（Li）晶體內(nèi)激發(fā)出一定數(shù)目的電子－空穴對入射X射線光子的能量越高，N就越大工作原理圖

圖（a）為用能譜儀測出的一種夾雜物的譜線圖，橫坐標(biāo)以能量表示，縱坐標(biāo)是強度計數(shù)圖中各特征X射線峰和波譜儀給出的特征峰的位置相對應(yīng)，如圖（b）（二）能譜儀成分分析的特點和波譜儀相比，能譜儀具有下列幾方面的優(yōu)點：（1）能譜儀探測X射線的效率高。因為Si（Li）探頭可以安放在比較接近樣品的位置。Si（Li）晶體對X射線的檢測率高，因此能譜儀的靈敏度比波譜儀高一個數(shù)量級（2）能譜儀可在同一時間內(nèi)對分析點內(nèi)所有元素X射線光子的能量進行測定和計數(shù)，在幾分鐘內(nèi)可得到定性分析結(jié)果，而波譜儀只能逐個測量每種元素的特征波長（3）能譜儀的結(jié)構(gòu)比波譜儀簡單，沒有機械傳動部分，因此穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好（4）能譜儀不必聚焦能譜儀仍有它自己的不足之處（1）能譜儀的分辨率比波譜儀低。在一般情況下，Si（Li）檢測器的能量分辨率約為160eV，而波譜儀的能量分辨率可達5～10eV（2）能譜儀中因Si（Li）檢測器的鈹窗口限制了超輕元素X射線的測量，它只能分析原子序數(shù)大于11的元素，而波譜儀可測定原子序數(shù)從4到92之間的所有元素（3）能譜儀的Si（Li）探頭必須保持在低溫狀態(tài)，因此必須時時用液氮冷卻電子探針儀的分析方法及應(yīng)用一、定性分析1.定點分析2.線分析3.面分析定點元素分析ZrO2中析出相Y2O3的摩爾百分數(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、定量分析簡介定量分析時先測出試樣中Y元素的X射線強度I‘y，再在同樣條件下測定純Y元素的X射線強度I‘y0，然后二者分別扣除背底和計數(shù)器死時間對所測值的影響，得到相應(yīng)的強度值Iy和Iy0，把二者相比得到強度比Ky，Ky＝Iy/Iy0在理想情況下，Ky就是試樣中Y元素的質(zhì)量濃度Cy，Cy＝ZAFKyZ—原子序數(shù)修正項，A—吸收修正項，F(xiàn)—二次熒光修正項對原子序數(shù)大于10、質(zhì)量百分數(shù)10％的元素，修正誤差±5％習(xí)題1.電子探針與掃描電鏡有何異同？電子探針