2-EPMA分析原理

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1、二、EPMA分析原理òEPMA分析特点ò1、微区（微米范围）显微结构分析ò2、元素分析范围广：硼(B)~铀(Ｕ)ò3、定量准确度高ò4、检测限低（日常工作）:WDS:0.01%左右;（EDS:0.1%左右）ò5、不损坏试样、分析速度快òEPMA是利用束径0.5~1μm的高能电子束，激发出试样微米范围的各种信息，进行成份、结构、形貌和化学结合状态等分析。成分分析的空间分辨率（微束分析空间特征的一种度量，通常以激发体积表示）是几个立方微米范围，微区分析是EPMA的一个重要特点之一,它能将微区化学成分与显微结构对应起来，是一种显微结构的分析。而一般化学分析、X光荧光分析及光谱分析等，

2、是分析试样较大范围内的平均化学组成，也无法与显微结构相对应,不能对材料显微结构与材料性能关系进行研究。ò元素分析范围广电子探针的WDS、EDS所分析的元素范围一般都从硼(B)到铀(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。电子探针用大面间距的合成膜作为衍射晶体已经可以检测Be元素，现在EDS也可以分析Be，但因为Be的X射线产额非常低，谱仪窗口对Be的X射线吸收严重，透过率只有6％左右，所以Be含量低时很难检测到。ò定量分析准确度高EPMA是目前微区元素定量分析最准确的仪器，检测极限(特定分析条件下，

3、能检测到元素或化合物的最小量值）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，其相对误差通常小于2%。ò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30min。如果用EDS进行定性、定量分析，几min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

4、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。òEPMA分析的基本原理EPMA和SEM都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的试样表面，用X射线能谱仪或波谱仪，测量电子与试样相互作用所产生的特征X射线的波长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可以用二次电子或背散射电子等进行形貌观察。1电子探针显微分析－李香庭编辑整理lulxfò电子与固体试样的交互作用一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子与试样原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发出反映试样形貌、结构和组成的各种信息，如二次电子、背散射电子、吸收电子、阴极发光和特征X

5、射线等。ò电子与物质相互作用ò二次电子的特点入射电子与试样中弱束缚价电子非弹性散射结果而发射的电子，称二次电子。ò1、能量比较低(小于50eV)，仅在试样表面5~10nm深度内才能逸出表面。ò2、图像无阴影效应；ò3、易受试样表面状态、电场和磁场的影响；ò4、SE的产额δ≒K/cosθ，K为常数，θ为入射电子束与试样表面法线之间的夹角，θ角越大，产额越高，所以对试样表面状态非常敏感；SE的产额还与加速电压、试样组成等有关。ò5、二次电子用于观察表面形貌、电畴和磁畴等。ò背散射电子特点ò背散射电子是指入射电子与试样相互作用经多次散射后，重新逸出试样表面的高能电子。其能量接近于入射

6、电子能量(E0)。背散射电子的产额随试样的原2/3-3/4子序数增大而增加，I∝Z。所以，背散射电子信号的强度与试样的化学组成有关，即与组成试样的各元素平均原子序数Z有关。ò分辨率远低于SEI。òBE、SE的信号强度与Z的关系2电子探针显微分析－李香庭编辑整理lulxfò背散射电子成分像的主要用途观察单晶表面生长条纹和生长台阶ò观察未腐蚀试样的抛光面元素及相分布,确定成分分析点ò析出相的观察与分析ò导电性差的试样形貌观察时，BEI优于SEI。ò特征X射线的产生ò特征X-射线：原子内壳层电子被电离后，由较外层电子向内壳层跃迁产生的具有特征能量的电磁辐射。高能电子入射到试样时，试样

7、中元素的原子内壳层(如K、L壳层)电子将被激发到较高能量的外壳层，如L或M层，或直接将内壳层电子激发到原子外，使该原子系统的能量升高（激发态），原子较外层电子将迅速跃迁到有空位的内壳层，以填补空位降低原子系统的总能量，并以特征X射线或Auger电子的方式释放出多余的能量。ò原子的K层电子被激发，L3层电子向K层跃迁，产生的特征X射线称Kα1，M层电子向K层跃迁产生的X射线称Kβò元素与特征X射线波长的关系电子探针和扫描电镜用WDS或EDS进行定性和定量分析时，就是利用电子束轰击试样所产生的特