电子探针分析原理(1)

《电子探针分析原理(1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、现代分析测试技术授课教师：冯乔1982年－1986年：西北大学地质系学习；1986年－1989年：西北大学硕士研究生，留校；1995年－1999年：西北大学博士研究生；2000年～2003年：中科院广州地化所有机地球化学国家重点实验室作博士后；2003年至今，山科大工作。研究方向:油气地质与勘探、油气藏地球化学电话：13669224006；E-mail:fengqiao999@126.com现代分析测试技术现代分析测试技术：电子探针技术流体包裹体技术同位素质谱技术目的1、了解地学工作与研究中，一些现代技术方法2、初步掌握一些现代技术方法的应用意

2、义第一章电子探针分析第一节原理简介第二节物理基础第三节仪器结构第四节样品制备第五节定性分析第六节定量分析第七节标样选用第八节电子探针线分析第九节面分析与相分析第十节化学测年方法电子探针图像分析第二节电子探针分析的物理基础一、电子与固体的相互作用当电子束轰击到试样表面，立即连续向里穿透。穿透过程中，由于不断与路径中的原子相互作用，导致入射电子的方向、速度和能量发生变化。入射电子与靶原子之间的这种相互作用可以分为弹性过程和非弹性过程两种。入射电子与原子核的碰撞为弹性过程，原子核与入射电子之间没有发生能量转换，而非弹性过程则产生于入射电子与原子中轨道

3、电子的相互作用。在此过程中，入射电子和靶原子之间发生了能量转换，可以产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、特征X射线、连续x射线和阴极荧光等。（一）X射线产生机理X射线是用于电子探针分析的最主要信息。在描述X射线时，可以用X射线的能量E（KeV）或波长λ(nm)来表示：式中，h为普朗克常数，c为光速，e为电子电荷。1、连续X射线(continuumX-ray)当入射电子轰击样品时，因为受到原子核库仑场的作用而急剧减速，在减速过程中会产生电子能量损失，于是就辐射出X射线，这种辐射作用称为韧致辐射(bremsstrahlung)。由于在原子核库仑场作

4、用下入射电子的速度变化是连续的，辐射出的X射线的能量也是连续的，可以从0KeV至样品原子的能量，所以称为连续X射线。因此，当电子束轰击样品时，因为受到原子核库仑场的作用发生韧致辐射而形成的具有连续能量变化的X射线称为连续X射线。在电子探针分析时，连续X射线表现为背景。2、特征X射线由于样品组成元素原子中的电子层受到加速电子的轰击，若入射电子的能量大于元素临界激发能量，就能够把某一轨道上的电子轰击出来而产生空穴，使原子处于激发状态。此时，高能级的外层电子就会向低能级电子层中的空穴跃迁，多余的能量以X射线的形式释放出来。由于不同元素的原子结构不同，

5、电子跃迁的方式不同，因此产生同一线系的X射线的波长（能量）有明显的差别。因此，由于电子轰击样品，使样品中被打击的微小区域内所含元素的原子激发而产生的能表征元素的X射线，称为元素的特征X射线，在电子探针分析时表现为特征峰。特征X射线产生机理示意图原子序数<36的元素，选用强度最大的Kα线；原子序数36～92的元素，选用L线；原子序数82～92的元素，选用Mα线。特征X射线分为K系、L系、M系、N系、O系等3、X射线峰/背比(X-raypeak-to-backgroundratio)在光谱分析中，影响检测限的一个重要因素是背景的产生，如在某个特征X

6、射线的波长位置有非特征辐射产生。描述特征X射线强度有以下公式：式中Ic为特征X射线强度，iB为电子束电流强度，Eo为入射电子能量，Ec为元素激发的临界能量，n为原子核内层系数。韧致辐射产生的连续X射线强度Icm为：式中EV为韧致辐射的能量，Z为元素的原子序数峰/背比为（P/B）：假设Ec～EV，则因此，当E0－EC增加时，峰/背比升高，而检测限降低。（二）背散射电子背散射电子亦称为反射电子，广义理解为电子入射到样品表面，从表面散失出来的、与入射电子方向相反，能量范围从0eV到入射一次电子的能量的这部分电子。二次电子也属于背散射电子，但背散射电子

7、具有较高的能量(>50eV)，二次电子的能量较低(<50eV)。为表征背散射电子产生的强度，需引入背散射系数η（backscatteredcoefficient）：式中，nBSE为背散射电子数，nB为入射电子数，iB为入射电流，iBSE为背散射电流。1、背散射系数与原子序数之间的关系研究表明，电子的背散射作用随原子序数增加而增强。统计结果显示背散射系数与原子序数（Z）之间存在良好的相关关系：如果试样是多元素体系，则总背散射系数ηT可用下式表示：式中，Ci为元素含量，ηi为元素的背散射系数。因此，检测背散射系数能够提供有关试样平均原子序数等信息，

8、亦即背散射电子成分成像的原理。2、背散射系数与样品微形貌之间的关系Arnal等(1969)给出了背散射系数与样品倾斜角(θ)及原子序数(Z)之间的关系