EPMA显微分析课件

电子探针显微分析1精选2021版课件EPMA定义

电子探针显微分析:EPMA（ElectronProbeMicroAnalysis），是电子探针显微分析技术，利用聚焦电子束照射在试样表面的微小区域上，激发试样中各元素的不同波长（能量）的特征X射线。用X射线谱仪探测这些X射线，得到X射线谱。电子探针仪：EPMA(ElectronProbeMicroAnalyzer)2精选2021版课件特征X射线

emissionenergy:K>L>M

K

LKshellLshellMshellValenceelectronn=1,l=0,j=1/2n=2,l=0,j=1/2n=2,l=1,j=1/2n=2,l=1,j=3/2n=3,l=2,j=5/2n=3,l=2,j=3/2n=3,l=1,j=3/2n=3,l=1,j=1/2n=3,l=0,j=1/2RulesDl=±1;Dj=0,±1n:主量子数l：轨道角量子数j=l+s:轨道角动量＋自旋角动量M3精选2021版课件4精选2021版课件根据特征X射线的波长（能量）进行元素定性分析；根据特征X射线的强度进行元素的定量分析。常用的X射线谱仪有两种：1、利用特征X射线的不同波长来展谱——波谱仪；2、利用特征x射线不同能量来展谱——能谱仪。5精选2021版课件电子探针仪

电子探针：

一种电子束显微分析的仪器，是通过电子束激发试样微区产生的二次电子、背散射电子、及X射线等信息，进行试样表面形貌观察及成分分析。成分分析主要用波谱仪（WDS)，也可以用能谱仪（EDS)。6精选2021版课件电子探针仪的构造

主要包括三个部分：电子光学系统扫描显示系统波谱（能谱）仪X射线分光系统X射线探测系统7精选2021版课件波谱仪全聚焦直进式波谱仪——分光晶体、X射线探测器和相应的机械传动装置构成8精选2021版课件9精选2021版课件WDX原理图10精选2021版课件11精选2021版课件分光晶体：专门用来对X射线起分光作用的晶体。它具有的性能：高的衍射效率强的反射能力好的分辨率外形具有一定弧度不同的分光晶体有不同的分光波长范围，只能分光一段范围波长的X射线和适用于一定原子序数范围的元素分析。12精选2021版课件X射线探测器特点：高的探测灵敏度与波长的正比性好响应时间短种类：流气正比计数管充气正比计数管闪烁计数管等13精选2021版课件14精选2021版课件X射线计数和记录系统15精选2021版课件能谱仪（EDS）16精选2021版课件17精选2021版课件脉冲整形器液体氮前置放大器主放大器多道分析器ＦＥＴＳｉ（Ｌｉ）检测器窗口平行光管电子束样品ＥＤＸ原理图Ｘ射线18精选2021版课件X-射线多道分析器X-射线能量A/D转换器脉冲处理器EDS信号处理过程Si(Li)探测器计数离子数

=X-射线光子能量

/3.8eV计算机内存脉冲高度正比于

X-射线光子能量前置放大器19精选2021版课件点分析20精选2021版课件面分析21精选2021版课件波谱仪与能谱仪操作特性波谱仪能谱仪分析元素范围Z≥4Z≥11；Z≥6分辨率～5eV145-155eV探测极限0.01-0.1%0.1-0.5%X光子几何收集效率随分光晶体位置而变化，＜0.2%＜2%量子效率＜30%～100%（2.5-15eV)瞬时接收范围谱仪能分辨的范围全部有用能量范围最小电子束斑～200nm～5nm分析速度十几分钟几分钟谱的失真少探测过程中、信号处理过程中以及样品室周围环境引起对表面要求平整光滑较粗糙表面也适用22精选2021版课件波谱仪：分析的元素范围广、探测极限小、分辨率高，适用于精确的定量分析。缺点是要求试样表面平整光滑，分析速度慢，需要用较大的束流，从而容易引起样品和镜筒的污染。能谱仪：分析速度快，可用较小的束流和微细的电子束，对试样表面要求不严格。缺点是分析元素范围窄、探测极限大、分辨率低以及容易失真。简便性可靠性23精选2021版课件分析方法及其应用24精选2021版课件工作参数1、加速电压一般取过电压比为2～4。2、计数率和计数时间一般累计计数大于105，计数率为103-104cps，计数时间为10-100s.3、X射线出射角当取低出射角时，将增大分析结果的校正量。25精选2021版课件定点定性分析定点定性分析是对试样某一选定点进行定性成分分析，以确定该点区域内存在的元素。能谱定性分析方法：1）根据经验及谱线所在的能量位置估计某一峰或几个峰是某元素的特征X射线峰；2）当无法估计可能的元素时，根据谱峰所在的位置查找元素各系谱线的能量卡片或能量图来确定元素。波谱定性分析：对一给定元素，在谱中出现更多的谱线，波谱定性分析不像能谱定性分析一样简单、直观。26精选2021版课件线扫描分析

电子束沿一条分析线进行扫描(或试样台移动扫描)时，能获得元素含量变化的线分布曲线。如果和试样形貌像(二次电子像或背散射电子像)对照分析,能直观地获得元素在不同相或区域内的分布。沿感兴趣的线逐点测量成分，也可以获得该线的成分变化曲线。线分析是一种定性分析。27精选2021版课件线扫描分析特点1、线扫描可以用照相纪录或计算机作图。线高度代表元素含量，同种元素在相同条件下可以定性比较含量变化。2、因为不同元素产生的X射线产额不同，所以元素之间的峰高不能进行元素含量的比较。3、线扫描越过相界或者扩散层(例如纤维表面）时的线上升或者下降斜率较小时，不能确定是元素成分的变化，可能是时间常数引起的斜率变化。4、即使元素含量没有变化，沿扫描线的元素分布通常也不是一条直线，这是由于X射线计数统计涨落引起的。28精选2021版课件Fe、Cr、Al、Si线分布扫描线29精选2021版课件面扫描分析

将电子束在试样表面扫描时，元素在试样表面的分布能在屏幕上以亮度（或彩色）分布显示出来（定性分析)，亮度越亮，说明元素含量越高。研究材料中杂质、相的分布和元素偏析常用此方法。面分布常常与形貌像对照分析。点、线、面分析方法用途不同，检测灵敏度也不同，定点分析灵敏度最高，面扫描分析灵敏度最低,但观察元素分布最直观。要根据试样特点及分析目的合理选择分析方法。30精选2021版课件Ti合金复合材料：Ti、TiB、TiC、Y2O3相TiCY31精选2021版课件定量分析在稳定的电子束照射下，由谱仪得到的X射线谱在扣除了背景计数率之后，各元素的同类特征谱线（一般采用Kα）的强度值与它们的浓度相对应。即经过背景校正后的强度测量值I与其浓度C成正比。32精选2021版课件EPMA、SEM区别EPMA：用于成分分析、形貌观察，以成分分析为主。主要用WDS进行元素成分分析、检出角大、附有光学显微镜（OM），可以准确定位工作距离(物镜极靴下表面与试样表面之间的距离)、束流大、稳定（10－3/h)，所以定量结果准确度高,检测极限低。缺点：真空腔体大，成分分析束流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量不如SEM，EPMA二次电子像分辨率为3nm(场发射）、5nm(LaB6)、6nm（W灯丝）。33精选2021版课件

SEM：用于形貌观察、成分分析（一般用EDS分析），以形貌观察为主,束流稳定度为10－2/h左右，大量数据测量时稳定时间不能满足要求。图像分辨率高，FESEM:0.4纳米－1纳米；W灯丝SEM：3纳米EPMA比SEM价格贵几倍。34精选2021版课件小结：EPMA成分分析时电流大；检出角大；有能精确定位分析点的OM；WDS的波长分辨率及检测极限均优于EDS。现在成分定量分析要求较高的材料科学、冶金、地质等领域一般都配备了EPMA。意大利警方配备WDS前，分析结果经常被黑手党的WDS分析结果推翻，现在意大利警方都同时了EDS和WDS。即使现在SEM配备了WDS，成分定量分析结果一般也不如EPMA,SEM－EDS还无法完全代替EPMA。35精选2021版课件EPMA生产厂家

扫描型EPMA是1960年问世。我国从六十年代中开始陆续引进，国内现有可用的各种电子探针约100台，日本超过1500台。现在世界上生产EPMA的厂家有三家：日本电子公司、日本岛津公司和法国的CAMECA公司。1977我国曾试制过2台EPMA；现在只生产SEM。36精选2021版课件日本电子公司EPMA历史1961年开始生产第一代EPMA,JXA-2,后来生产JXA-3；JXA-5.1971年开发出SEM-EPMA有机结合的第四代：JXA－50A1982年推出第五代计算机控制的彩色面分布图的JCMA-733(前身为JCXA-733)，之后有JXA－8621（EDS组合）；JXA－8800/890037精选2021版课件JXA-8100/8200：第八代EPMA

二十一世纪开始，推出电子光学系统自动化功能（自动合轴、自动找灯丝加热饱和点）、高衍射效率的分光晶体、两种罗兰园半径、高精度的谱仪驱动及试样台驱动、分析功能多、分析速度快及定量分析准确度高的第八代：JXA-8100（LaB6/W)/8200（EDS）,一个鼠标，一个键盘－JEOL的EDS。38精选2021版课件JXA-8200viewScanningdisplayEWSdisplay1mouse，1keyboardFlattop&compactdisplaybydigitalcontrolOutline2Operatingpanel，Joystick39精选2021版课件新型电子探针

为了提高灯丝亮度和图像分辨率，近年的电子探针已经有LaB6电子枪(日本电子公司JXA-8100)，二次电子像分辨率为5纳米；CeBix电子枪（03年日本岛津公司EPMA-1610），二次电子像分辨率为5纳米；以及日本电子公司2003年推出的场发射电子枪的JXA-8500F电子探针，二次电子像分辨率为3纳米。新灯丝亮度高、分辨率高、束经小、灯丝寿命长。高真空度减少污染。40精选2021版课件中科院上海硅酸盐所JXA-8100电子探针41精选2021版课件EPMA/SEM-EDS的特点

EPMA、SEM-EDS是应用最广泛的仪器，EDS的发展，几乎成了EPMA、SEM的标配。现在许多SEM还配备了WDS。

EPMA、SEM-EDS的仪器构造、成像原理、分析原理、WDS及EDS定量修正过程都相同，虽然功能、特点不完全相同。42精选2021版课件波谱仪:WDS能谱仪:EDS国际标准化组织（ISO)在EPMA国际标准术语(ISO23833－2005)中规范了EDS、EDX、WDS、WDX、EPMA等的缩写含义，根据该标准制定的国家标准稿已通过：能谱仪：EDS（EnergyDispersiveSpectrometer)能谱法：EDX（EnergyDispersivex-rayspectrometry）波谱仪：WDS（wavelengthdispersivespectrometer）波谱法：WDX（wavelengthdispersivex-rayspectrometry）