电子探针及其应用.ppt

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）（Electron Probe Microanalysis，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 随着科学技术的发展，电子探针显微分析技术进入了一个新的阶段，电子探针向高自动化、高灵敏度、高精确度、高稳定性发展。现在的电子探针为波谱WDS和能谱EDS组合仪，用一台计算机同时控制WDS和EDS，结构简单、操作方便。 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、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EPMA。 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） 微区（微米范围）显微结构分析 EPMA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，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。 一般化学分析、X光荧光分析及光谱分析等，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。 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（Wavelength Dispersive Spectrometer，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（Energy Dispersive Spectrometer，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