电子探针显微分析课件

1、 第四章 电子显微镜研究法 一 电子探针显微分析1 概述所谓电子探针是指用聚焦很细的电子束照射要检测的样品表面，用X射线分光谱仪测量其产生的特征X射线的波长和强度。由于电子束照射面积很小，因而相应的X射线特征谱线将反映出该微小区域内的元素种类及其含量。电子探针是继莫塞来定律（1913）和1943年成功获得了小于1m聚焦电子束后，于1949年由R.Castaing首次制成。电子探针的功能主要是进行微区（15m3）成分分析。其原理是用细聚焦电子束人射样品表面，激发出样品元素的特征X-射线，分析特征X-射线的波长(或特征能量)即可知道样品中所含元素的种类(定性分析)，分析X-射线的强度，则可知道样品

2、中对应元素含量的多少(定量分析)。显然，如果将电子放大成像与X射线衍射分析结合起来，就能将所测微区的形状和物相分析对应起来(微区成分分析)，这是电子探针的最大优点。电子探针仪镜筒部分的构造大体上和扫描电子显微镜相同，只是在检测器部分使用的是X-射线谱仪，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简上，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。电子探针仪的结构与工作原理图为电子探针仪的结构示意图。电子探针的镜筒及样品室和扫描电镜并无本质上的差别。电子探针的信号

3、检测系统是X-射线谱仪，用来测定特征波长的谱仪叫做波长分散谱仪(WDS)或波谱仪。用来测定X-射线特征能量的谱仪叫做能量分散谱仪(EDS)或能谱仪。岛津EPMA-1600型电子探针日本岛津公司生产的型号为EPMA-1600的电子探针仪，价值人民币295万，可进行物质的定量成分分析、图象分析超微颗粒的分析。主要功能：成分分析、显微图像分析 性能指标：分析范围B5U92,分析精度ppm通过探测这些不同波长的X射线来确定样品中所含有的元素，这就是电子探针定性分析的依据。而将被测样品与标准样品中元素Y的衍射强度进行对比，即:就能进行电子探针的定量分析。 当然利用电子束激发的X射线进行元素分析，其前提是

4、入射电子束的能量必须大于某元素原子的内层电子临界电离激发能。2 电子探针分析方法通过测量产生的特征X-射线的波长合强度来分析元素的种类和含量。一般有两种方法：波长分散法（WDS）能量分散法（EDS）常用的是第一种方法；第二种方法发展较晚，虽然比波长分散法精度稍差些，但分析速度快，也被广泛应用。波长分散谱仪的工作原理常用的分光晶体波长分散谱仪的工作原理不同波长的X射线以有不同的，通过测量X-射线的角就能计算出X射线的波长，从而确定样品所含的元素种类（定性）。用正比计数管探测分光所发射出的X射线可获得某一元素的特征X射线的强度，由此求得该元素在样品种的相对含量（定量）。(2)能量分散谱分析法(ED

5、S)工作原理利用探测器和单道或多道能谱仪，直接测量不同元素特征X-射线的能量和强度，进行成分的定性和定量分析。由于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出的特征能量。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的。漂移硅Si(Li)检测器能量谱仪图能谱仪测出的谱线图横坐标以能量表示，纵坐标是强度计数。能谱仪和波谱仪测量结果的对比能谱仪和波谱仪分别测出的各特征X-射线峰的位置相对应，前者峰的形状比较平坦(三)能谱仪-波谱仪分析的特点对比和波谱仪相比，能谱仪具下列几方面的优点：能谱仪探测X射线的效率高。Si(Li)晶体对x射线的检测率极

6、高，因此能谱仪的灵敏度比波谱仪高一个数量级；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；能谱仪的结构比被谱仪简单，没有机械传动部分，因此稳定性和重复性都很好；能谱仪不必聚焦，因此对样品表面没有特殊要求，适合于租糙表面的分所工作。但是，能能谱仪有不足之处:能谱仪的分辨率比波谱仪低。能谱仪给出的波峰比较宽，易重叠。在一般情况下，Si(Li)检测器的能量分辨率约为160eV，而波谱仪的能量分辨牢可达510eV。能谱仪中因Si(Li)检测器的铍窗口限制了超轻元素X射线的测量，因此它只能分析原于序数大于11的

7、元素，而波谱仪可测定原子序数从4到92之间的所有元素。能谱仪的Si(Li)探头必须保持在低温状态，因此必须时时用液氮冷却。3 电子探针分析方法 定性分析 点分析 用于测定样品上某个指定点的化学成分。 能谱仪中的多道分析器可使样品中所有元素的特征X射线信号同时检测和显示。不像波谱仪那样要做全部谱扫描，甚至还要更换分光晶体。 线分析 用于测定某种元素沿给定直线分布的情况。方法是将X射线谱仪（波谱仪或能谱仪）固定在所要测量的某元素特征X射线信号（波长或能量）的位置上，把电子束沿着指定的方向做直线轨迹扫描，便可得到该元素沿直线特征X射线强度的变化，从而反映了该元素沿直线的浓度分布情况。改变谱仪的位置，

8、便可得到另一元素的X射线强度分布。定量分析时，先测得试样中Y元素的特征X射线强度IY，再在同一条件下测出已知纯元素Y的标准试样特征X射线强度IO。然后两者分别扣除背底和计数器死时间对所测值的影响，得到相应的强度值IY和IO，两者相除得到X射线强度之比KY= IY / IO。 直接将测得的强度比KY当作试样中元素Y的重量浓度，其结果还有很大误差，还需进行三种效应的修正。即原子序数效应的修正，吸收效应修正，荧光效应修正。经过修正，误差可控制在2%以内。 定量分析电子探针分析的一般步骤样品制备:应满足4个条件大小合适，不得大于试样座的最大内径（2510nm）；样品表面具有良好的导电性，否则镀碳或金属

9、；样品表面尽可能光滑，否则要抛光；防止样品表面污染。电子探针在材料研究中的应用进行成分的定性和定量分析微粒微量物相的鉴定和新物相的发现物相成分分布的研究各种交代作用和物相转变的研究固溶体和双晶的研究硅酸盐岩相学研究：共生物相化学成分的变化关系晶体结构的某些研究物相的颗粒分析、粉末样分析电子探针对材料分析的优点无需单物相分离、避免了挑样不纯和人工污染等造成的误差；不破坏样品，可重复分析和多种信息测量；分析区域小，样品用量少（最小1m3 ）；可进行点、线、面的实体分析，便于揭示材料内部的化学性质的变化特点；用同一仪器、相同方法可分析4Be92U元素，速度快、成本低；特别对化学分析困难的稀土族和铂族元素易于区分。电子探针对材料分析的局限性对导热性和导电性差的样