電子探針分析原理

電子探針分析原理第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日定性分析是指確定未知樣品所含有的在檢測極限范圍內(nèi)的所有元素。電子探針定性分析包括①波長色散X射線光譜法(wavelength-dispersiveX-rayspectrometry,WDS)，②能量色散X射線光譜法(energy-dispersiveX-rayspectrometry,EDS)。EDS的檢測極限為0.1wt%±，WDS的檢測極限大部分為100ppm，極理想情況下可達10ppm。第五節(jié)電子探針定性分析第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日一、能譜定性分析根據(jù)探測器（正比計數(shù)管、閃爍計數(shù)管）輸出脈沖幅度與入射X射線在檢測器中損耗能量之間的已知關(guān)系來確定X射線能量。分析原理：（1）樣品中同一元素的同一線系特征X射線的能量值是一定的，不同元素的特征X射線的能量值各不相同。（2）利用能譜儀接收和記錄樣品中特征X射線全譜，并展示在屏幕上。（3）然后移動光標，確定各譜峰的能量值，通過查表和釋譜，可測定出樣品組成。能譜分析的能量值范圍為0.1keV——電子束能量值（20KeV）。第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日能譜分析過程中必須注意的事項（1）僅僅是具有特征性的峰才可以用來鑒別元素；（2）要經(jīng)常校正EDS譜儀；（3）用來鑒定4Be~92U的X射線能量值范圍為0.1~14KeV，但對重元素，電子束的能量最好在20~30KeV。（4）在進行EDS定性分析時，要養(yǎng)成“查書”的習慣。當一個元素鑒定出來以后，應(yīng)該將可能線系的X射線峰都標定出來，特別是對于那些強度相對弱的峰，以防有其它微量元素的存在；（5）要避免其它元素的干擾，特別是過渡金屬之間的干擾尤為明顯，要倍加注意。第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日能譜分析中常見元素的干擾源元素干擾X射線線系被干擾元素被干擾X射線線系TiKβVKaVKβCrKaCrKβMnKaMnKβFeKaFeKβCoKaPbMaSKaMoLaSiKaTaMaBaLaTiKa第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日重元素玻璃EDS譜線圖該玻璃含有Pb、Ta、Ba、Si、O等主要組分，以及Bi、Al等微量組分第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日二、波譜定性分析基本原理：在電子束的轟擊下，樣品產(chǎn)生組成元素的特征X射線，然后由譜儀的分光晶體分光，計數(shù)管接收并轉(zhuǎn)換成脈沖信號，最后由計數(shù)器顯示，或由記錄儀記錄下試樣組成元素的特征X射線全譜。在波譜分析中，通常采樣L值，而不是λ值。L值為：從X射線源到分光晶體之間的距離，它代表檢測波譜儀位置的波長。式中，R為譜儀的羅蘭園半徑(mm)，如:JEOL2R＝140mm，Cameca2R＝166mm，Shimadzu2R＝102mm。2d為分光晶體的面網(wǎng)間距，λ為特征X射線峰的波長，n為X射線反射級數(shù)。第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日與EdS分析相同重元素玻璃的WDS譜線第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日與EDS相比，WDS具有一下優(yōu)點：①WDS具有高的分辨率；②高的峰/背比使WDS的檢測限大大優(yōu)于EDS(WDS100ppm±，EDS1000ppm±)；③WDS能夠分析Z≥4的元素，雖然新型的EDS也能分析Z＝4的元素，但檢測限要大大降低。但WDS也有其缺點：①用時多，速度慢；②WDS需用較大的電流。第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日一、電子特征元素定量分析的基本原理二、定量分析數(shù)據(jù)的預處理三、ZAF修正四、定量分析的技術(shù)問題五、工作條件的選擇六、X射線分析中的精度和靈敏度七、標樣選用第六節(jié)電子探針定量分析第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日一、電子特征元素定量分析的基本原理在一定的電子探針分析測量條件下，樣品組成元素的相對百分含量與某元素產(chǎn)生的特征X射線的強度成正比，二者關(guān)系可用下式表示：式中，Ci和C(i)分別為樣品和標樣中i元素的濃度，Ii和I(i)分別為樣品和標樣中i元素的X射線強度。第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日（一）背景修正實驗測得的特征X射線強度必須扣除連續(xù)X射線所造成的背景強度，即進行背景修正。測定背景值的方法有如下幾種：(1)如果背景強度是X射線波長的線性函數(shù)，則在譜峰兩側(cè)偏離主峰中心0.1的位置上分別測背景值[Bg(-),Bg(+)]，其平均值(Bg)即為譜峰中心的背景。(2)如果背景強度與波長不呈線性關(guān)系，通常在離譜峰兩側(cè)0.1的位置各取兩個以上點的背景值，然后繪出背景軌跡，直接讀取峰位處的背景強度Bg作為背景值。二、定量分析數(shù)據(jù)的預處理第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日（二）死時間(deadtime)修正死時間是指在一個脈沖到達計數(shù)器后，有一段時間間隔。在此間隔內(nèi)，計數(shù)系統(tǒng)不再接收記錄，直到新的脈沖到來。由于死時間的存在，使一部分X射線脈沖漏記，造成計數(shù)損失，而且計數(shù)率越高，死時間造成的計數(shù)損失的相對比例也越高。因此要對X射線強度進行死時間修正。式中，n’為實測計數(shù)率，n為經(jīng)死時間修正的計數(shù)率，τ為死時間。第十四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日試樣在經(jīng)過背景修正和死時間修正后，可作為一級近似將X射線強度比當作元素濃度比。對于定量分析來說，這樣的處理是遠遠不夠的。這是因為X射線強度比與元素濃度比之間并非呈簡單的線性關(guān)系。造成這種非線性關(guān)系的因素包括內(nèi)因和外因兩方面。內(nèi)因：①試樣和標樣對入射電子的原子序數(shù)效應(yīng)；②試樣和標樣對X射線的吸收效應(yīng)；③試樣和標樣對X射線的熒光效應(yīng)。外因：電子入射角、X射線的出射角以及電子加速電壓等。因此，在盡量保證外因影響最弱的情況下，就必須進行內(nèi)因的修正，即ZAF較正。三、ZAF較正第十五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期日一、標樣的種類純金屬標樣（99.99％）、合金標樣、天然礦石標樣、合成玻璃標樣等。二、天然礦物標樣制備可用于標樣的礦物需滿足以下條件：①礦物是均一的；②各元素在樣品中均勻分布；③樣品在電