a第讲电子探针显微分析9

第四节电子探针显微分析(EPMA)应用电子探针的功能主要是进行微区成分分析。它是在电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器原理是利用细聚焦电子束入射样品表面，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，则可知道样品中对应元素含量的多少（定量分析）电子探针仪的结构与原理电子探针的镜筒及样品室和扫描电镜并无本质上的差别，因此要使一台仪器兼有形貌分析和成分分析两个方面的功能，往往把扫描电子显微镜和电子探针组合在一起电子探针的信号检测系统是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）或简称能谱仪结构式意图4.1波长分散谱仪（波谱仪，WDS）(一)工作原理在电子探针中X射线是由样品表面以下一个微米乃至纳米数量级的作用体积内激发出来的，如果这个体积中含有多种元素，则可以激发出各个相应的元素的特征波长X射线如果我们把分光晶体作适当的弹性弯曲，并使射线源、弯曲晶体表面和检测窗口位于同一个圆周上，这样就可以达到把衍射束聚焦的目的原理图

第一种方法称为约翰（Johann）型聚焦法（图a）。另一种改进的聚焦方式叫做约翰逊（Johansson）型聚焦法电子束轰击样品后，被轰击的微区就是X射线源。要使X射线分光、聚焦，并被检测器接收。两种常见的谱仪布置形式有：直进式回旋式

直进式波谱仪的工作原理图:这种谱仪的优点是X射线照射分光晶体的方向是固定的，即出射角ψ保持不变，这样可以使X射线穿出样品表面过程中所走的路线相同，也就是吸收条件相等

回转式波谱仪的工作原理图:聚焦圆的圆心O不能移动，分光晶体和检测器在聚焦圆的圆周上以1：2的角速度运动，以保证满足布拉格方程。这种波谱仪结构比直进式波谱仪结构来的简单，出射方向改变很大，在表面不平度较大的情况下，由于X射线在样品内行进路线不同，往往会因吸收条件变化而造成分析上的误差波谱仪分析一个测量点的谱线图，横坐标代表波长，纵坐标代表强度4.2能量分散谱仪（能谱仪EDS）（一）工作原理各种元素具有自己的X射线特征波长，特征波长的大小取决于能及跃迁过程中释放出的特征能量ΔE。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进行成分分析的X射线光子由锂漂移硅Si（Li）检测器收集，当光子进入检测器后，Si（Li）晶体内激发出一定数目的电子－空穴对入射X射线光子的能量越高，N就越大工作原理图

图（a）为用能谱仪测出的一种夹杂物的谱线图，横坐标以能量表示，纵坐标是强度计数图中各特征X射线峰和波谱仪给出的特征峰的位置相对应，如图（b）（二）能谱仪成分分析的特点和波谱仪相比，能谱仪具有下列几方面的优点：（1）能谱仪探测X射线的效率高。因为Si（Li）探头可以安放在比较接近样品的位置。Si（Li）晶体对X射线的检测率高，因此能谱仪的灵敏度比波谱仪高一个数量级（2）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（3）能谱仪的结构比波谱仪简单，没有机械传动部分，因此稳定性和重复性都很好（4）能谱仪不必聚焦能谱仪仍有它自己的不足之处（1）能谱仪的分辨率比波谱仪低。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率可达5～10eV（2）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，它只能分析原子序数大于11的元素，而波谱仪可测定原子序数从4到92之间的所有元素（3）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电子探针仪的分析方法及应用一、定性分析1.定点分析2.线分析3.面分析定点元素分析ZrO2中析出相Y2O3的摩尔百分数线分析BaF2形貌及扫描线的位置元素分布面分析Zn-Bi2O3陶瓷烧结表面形貌像Bi元素面分布二、定量分析简介定量分析时先测出试样中Y元素的X射线强度I‘y，再在同样条件下测定纯Y元素的X射线强度I‘y0，然后二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Iy0，把二者相比得到强度比Ky，Ky＝Iy/Iy0在理想情况下，Ky就是试样中Y元素的质量浓度Cy，Cy＝ZAFKyZ—原子序数修正项，A—吸收修正项，F—二次荧光修正项对原子序数大于10、质量百分数10％的元素，修正误差±5％习题1.电子探针与扫描电镜有何异同？电子探针