电子探针X射线显微分析授课版

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1、电子探针X射线显微分析一、引言电子探针X射线显微分析（简称电子探针显微分析）（ElectronProbeMicroanalysis，简称EPMA），它用一束聚焦得很细（50nm～１μｍ）的加速到5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分析试样上某个“点”（一般直径为1-50um），利用试样受到轰击时发射的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。一、引言EPMA是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析，它特别适用于分析试样中微小区域的化学成分，因而是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法。一、引言1949年法国Castaing与Guinier将一架静电型电子显微镜改

2、造成为电子探针仪。1951年Castaing的博士论文奠定了电子探针分析技术的仪器、原理、实验和定量计算的基础，其中较完整地介绍了原子序数、吸收、荧光修正测量结果的方法，被人们誉为EPMA显微分析这一学科的经典著作。一、引言1956年，在英国剑桥大学卡文迪许实验室设计和制造了第一台扫描电子探针。1958年法国CAMECA公司提供第一台电子探针商品仪器，取名为MS-85。现在世界上生产电子探针的厂家主要有三家，即日本岛津公司SHIMADZU、日本电子公司JEOL和法国的CAMECA公司。一、引言（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

3、、检出角大、附有光学显微镜，可以准确定位工作距离，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。SEM：用于形貌观察、成分分析（一般用EDS分析），以形貌观察为主，图像分辨率高。EPMA比SEM价格贵几倍。一、引言（EPMA/SEM-EDS的特点）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，但功能、特点不完全相同。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EP

4、MA。SEM-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。一、引言（EPMA分析特点）元素分析范围广：硼(B)~铀(Ｕ)氢和氦原子只有K层电子，不能产生特征X射线。锂(Li)虽然能产生X射线，但产生的特征X射线波长太长，无法进行检测。一、引言（EPMA分析特点）定量准确度高EPMA是目前微区元素定量分析最准确的仪器，检测极限一般为0.01%-0.05%，不同测量条件和不同元素有不同的检测极限，有时可以达到ppm级。由于所分析的体积小，检测的绝对感量极限值约为10~14g，主元素定量分析的相对误差为1%~3%，对原子序数大于11的元素，含量在10%以上时，其相

5、对误差通常小于2%。一、引言（EPMA分析特点）不损坏试样、分析速度快EPMA可自动进行多种方法分析，并自动进行数据处理和数据分析，对含10个元素以下的试样定性、定量分析，新型EPMA测量试样的时间约需30分钟。如果用EDS进行定性、定量分析，几分钟即可完成测量。分析过程中一般不损坏试样，试样分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分析测试，这对于文物、宝石、古陶瓷、古钱币及犯罪证据等稀有试样的分析尤为重要。二、电子探针X射线显微分析的分类及原理2.1常用的X射线谱仪有两种：一种是利用特征X射线的波长不同来展谱，实现对不同波长X射线分别检测的波长色散谱仪，简称波谱仪（WavelengthDis

6、persiveSpectrometer，简称WDS）另一种是利用特征X射线能量不同来展谱，的能量色散谱仪，简称能谱仪（EnergyDispersiveSpectrometer，简称EDS）。二、电子探针X射线显微分析的分类及原理2.2定性分析的基本原理X射线波谱仪测量电子激发试样所产生的特征X射线波长的种类，即可确定试样中所存在元素的种类。能谱定性分析主要是根据不同元素之间的特征X射线能量不同，即E＝hν，h为普朗克常数，ν为特征X射线频率，通过EDS检测试样中不同能量的特征X射线光子，即可进行元素的定性分析。二、电子探针X射线显微分析的分类及原理2.3定量分析的基本原理试样中A元素的相对含量

7、CA与该元素产生的特征X射线的强度IA(X射线计数)成正比:CA∝IA，如果在相同的电子探针分析条件下，同时测量试样和已知成份的标样中A元素的同名X射线(如Kα线)强度，经过修正计算，就可以得出试样中A元素的相对百分含量CA二、电子探针X射线显微分析的分类及原理波谱仪基本原理莫塞莱定律－－测定试样激发的特征X射线波长，来确定被激发物质中所含有的元素；采用晶面间距已知的晶体，运用布拉格定律通过测角求