電子探針課件

16四月2024電子探針1、儀器簡介電子探針是一種分析儀器，可以用來分析薄片中礦物微區(qū)的化學(xué)組成。該儀器將高度聚焦的電子束聚焦在礦物上，激發(fā)組成礦物元素的特征X射線。用分光器或檢波器測定熒光X射線的波長，并將其強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)樣品對比，或根據(jù)不同強(qiáng)度校正直接計(jì)數(shù)出組分含量。2、儀器結(jié)構(gòu)2、儀器結(jié)構(gòu)3、工作原理電子探針有三種基本工作方式：1、點(diǎn)分析用于選定點(diǎn)的全譜定性分析或定量分析，以及對其中所含元素進(jìn)行定量分析2、線分析用于顯示元素沿選定直線方向上的濃度變化3、面分析用于觀察元素在選定微區(qū)內(nèi)濃度分布4.2波譜儀3、工作原理X射線常用兩種聚焦原理：約翰(Johann)型聚焦法(a)虛圓羅蘭圓（Rowlandcircle）或聚焦圓。全聚焦法（b）3、工作原理分光晶體分光晶體是專門用來對X射線起色散（分光）作用的晶體，它應(yīng)具有良好的衍射性能、強(qiáng)的反射能力和好的分辨率。在X射線譜儀中使用的分光晶體還必須能彎曲成一定的弧度、在真空中不發(fā)生變化等。各種晶體能色散的X射線波長范圍，取決于衍射晶面間距d和布拉格角

的可變范圍，對波長大于2d的X射線則不能進(jìn)行色散。3、工作原理譜儀的

角有一定變動范圍，如15°-65°；每一種晶體的衍射晶面是固定的，因此它只能色散一段波長范圍的X射線和適用于一定原子序數(shù)范圍的元素分析。目前，電子探針儀能分析的元素范圍是原子序數(shù)為4的鈹（Be）到原子序數(shù)為92的鈾（U）。其中小于氟（F）的元素稱為輕元素，它們的X射線波長范圍大約在18-113?。4、能譜儀和波譜儀在電子探針或掃描電子顯微鏡中進(jìn)行微區(qū)分析可以采用兩種方法：波譜分析或能譜分析。波譜分析發(fā)展較早，但近年來沒有太大的進(jìn)展；能譜分析雖然只有將近20年的歷史，但發(fā)展迅速，成為微區(qū)分析的主要手段。4.1能譜儀能譜儀全稱為能量分散譜儀(EDS).目前最常用的是Si(Li)X射線能譜儀,其關(guān)鍵部件是Si(Li)檢測器,即鋰漂移硅固態(tài)檢測器,它實(shí)際上是一個(gè)以Li為施主雜質(zhì)的n-i-p型二極管.4.1能譜儀能譜儀使用鋰漂移硅Si(Li)探測器，結(jié)構(gòu)如圖。可以得到以通道（能量）為橫坐標(biāo)、通道計(jì)數(shù)（強(qiáng)度）為縱坐標(biāo)的X射線能量色散譜，并顯示于顯像管熒光屏上。下圖為NaCl的掃描形貌像及其能量色散譜。4.1能譜儀能譜儀的優(yōu)點(diǎn):

(1)分析速度快(2)靈敏度高

(3)譜線重復(fù)性好.能譜儀的缺點(diǎn):(1)能量分辨率低,峰背比低.(2)工作條件要求嚴(yán)格4.2波譜儀波譜儀全稱為波長分散譜儀(WDS).在電子探針中,X射線是由樣品表面以下m數(shù)量級的作用體積中激發(fā)出來的,如果這個(gè)體積中的樣品是由多種元素組成,則可激發(fā)出各個(gè)相應(yīng)元素的特征X射線.被激發(fā)的特征X射線照射到連續(xù)轉(zhuǎn)動的分光晶體上實(shí)現(xiàn)分光(色散),即不同波長的X射線將在各自滿足布拉格方程的方向上被(與分光晶體以2:1的角速度同步轉(zhuǎn)動的)檢測器接收.

4.2波譜儀在電子探針中，一般點(diǎn)光源S不動，改變晶體和探測器的位置，達(dá)到分析檢測的目的。根據(jù)晶體及探測器運(yùn)動方式，可將譜儀分為回轉(zhuǎn)式波譜儀和直進(jìn)式波譜儀等?；剞D(zhuǎn)式波譜儀聚焦圓的中心O固定，分光晶體和檢測器在圓周上以1：2的角速度運(yùn)動來滿足布拉格衍射條件。這種譜儀結(jié)構(gòu)簡單，但由于分光晶體轉(zhuǎn)動而使X射線出射方向變化很大，在樣品表面不平度較大的情況下，由于X射線在樣品內(nèi)行進(jìn)的路線不同，往往會造成分析上的誤差。4.2波譜儀4.2波譜儀直進(jìn)式譜儀直進(jìn)式譜儀的特點(diǎn):分光晶體從點(diǎn)光源S向外沿著一直線運(yùn)動，X射線出射角不變，晶體通過自轉(zhuǎn)改變

角。聚焦圓的中心O在以S為中心，R為半徑的圓周上運(yùn)動。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但X射線照射晶體的方向固定，使X射線穿出樣品表面過程中所走的路線相同，也就是吸收條件相同。橫坐標(biāo)代表波長，縱坐標(biāo)代表強(qiáng)度。譜線上有許多強(qiáng)度峰，每個(gè)峰在坐標(biāo)上的位置代表相應(yīng)元素特征X射線的波長，峰的高度代表這種元素的含量。在進(jìn)行定點(diǎn)分析時(shí)，只要把圖13－4中的距離L從最小便道最大，就可以在某些特定位置測到特征波長的信號，經(jīng)處理后可在熒光屏或X-Y記錄儀上把譜線描繪出來。

4.2波譜儀4.2波譜儀波譜儀的特點(diǎn):波譜儀的突出優(yōu)點(diǎn)是波長分辨率很高.如它可將波長十分接近的VK(0.228434nm),CrK1(0.228962nm)和CrK2(0.229351nm)3根譜線清晰地分開.波譜儀的兩個(gè)缺點(diǎn)（1）:X射線信號的利用率極低(2):難以在低束流和低激發(fā)強(qiáng)度下使用4.3能譜儀與波譜儀的比較操作特性波譜儀（WDS）能譜儀（EDS）分析方式用幾塊分光晶體順序進(jìn)行分析用Si(Li)EDS進(jìn)行多元素同時(shí)分析分析元素范圍Z≥4 Z≥11(鈹窗)Z≥6(無窗)分辨率與分光晶體有關(guān)，~5eV與能量有關(guān)，145~150eV(5.9keV)幾何收集效率改變，<0.2%<2%4.3能譜儀與波譜儀的比較量子效率改變，<30%~100%(2.5~15keV)瞬時(shí)接收范圍譜儀能分辨的范圍全部有用能量范圍最大記數(shù)速率~50000cps(在一條譜線上)與分辨率有關(guān)，使在全譜范圍內(nèi)得到最佳分辨時(shí)，<2000cps分析精度(濃度>10%，Z>10)

1~5%

5%4.3能譜儀與波譜儀的比較對表面要求平整，光滑較粗糙表面也適用典型數(shù)據(jù)收集時(shí)間

10min2~3min譜失真少主要包括：逃逸峰、峰重疊、脈沖堆積、電子束散射、鈹窗吸收效應(yīng)等最小束斑直徑~200nm~5nm探測極限0.01~0.1%0.1~0.5%對試樣損傷大小5、電子探針應(yīng)用（1）定點(diǎn)定性分析定點(diǎn)定性分析是對試樣某一選定點(diǎn)（區(qū)域）進(jìn)行定性成分分析，以確定該點(diǎn)區(qū)域內(nèi)存在的元素。其原理如下：用光學(xué)顯微鏡或在熒光屏顯示的圖像上選定需要分析的點(diǎn)，使聚焦電子束照射在該點(diǎn)上，激發(fā)試樣元素的特征X射線。用譜儀探測并顯示X射線譜。根據(jù)譜線峰值位置的波長或能量確定分析點(diǎn)區(qū)域的試樣中存在的元素。5、電子探針應(yīng)用5、電子探針應(yīng)用定性分析與定量分析相比，雖然比較簡單、直觀，但也必須遵循一定的分析方法，能使分析結(jié)果正確可靠。一般來說，對于試樣中的主要元素（例如含量＞10％）的鑒別是容易做到正確可靠的；但對于試樣中次要元素（例如含量在0.5-10％）或微量元素（例如含量＜0.5％）的鑒別則必須注意譜的干擾、失真、譜線多重性等問題，否則會產(chǎn)生錯(cuò)誤。5、電子探針應(yīng)用(2)線掃描分折使聚焦電子束在試樣觀察區(qū)內(nèi)沿一選定直線（穿越粒子或界面）進(jìn)行慢掃描，X射線譜儀處于探測某一元素特征X射線狀態(tài)。顯像管射線束的橫向掃描與電子束在試樣上的掃描同步，用譜儀探測到的X射線信號強(qiáng)度（計(jì)數(shù)率）調(diào)制顯像管射線束的縱向位置就可以得到反映該元素含量變化的特征X射線強(qiáng)度沿試樣掃描線的分布。5、電子