第三章 光谱分析-SEM

SEM基本结构及⼯作原理.pdfSEM基本结构及原理1 电⼦束与样品表⾯的作⽤弹性散射：电⼦束的能量不损失，只改变⽅向，如背散射电⼦。

⾮弹性散射：⼊射电⼦熟不进改变⽅向，也改变能量。

包括⼆次电⼦，俄歇电⼦，特征X射线，荧光。

图1 电⼦束与样品的作⽤深度⽰意图1.1 ⼆次电⼦Secondary electron⼆次电⼦是指背⼊射电⼦轰击出来的核外电⼦。

由于原⼦核和外层价电⼦间的结合能很⼩，当原⼦的核外电⼦从⼊射电⼦获得了⼤于相应的结合能的能量后，可脱离原⼦成为⾃由电⼦。

如果这种散射过程发⽣在⽐较接近样品表层处，那些能量⼤于材料逸出功的⾃由电⼦可从样品表⾯逸出，变成真空中的⾃由电⼦，即⼆次电⼦。

⼆次电⼦来⾃表⾯5-10nm的区域，⼆次电⼦的逃逸深度很⼩，在⼊射电⼦束处，约为5λ，⾦属λ=1nm，⾮⾦属λ=10nm。

图2 ⼆次电⼦产量与逃逸深度关系能量为0-50eV。

它对试样表⾯状态⾮常敏感，能有效地显⽰试样表⾯的微观形貌。

由于它发⾃试样表层，⼊射电⼦还没有被多次反射，因此产⽣⼆次电⼦的⾯积与⼊射电⼦的照射⾯积没有多⼤区别，所以⼆次电⼦的分辨率较⾼，⼀般可达到5-10nm。

扫描电镜的分辨率⼀般就是⼆次电⼦分辨率。

⼆次电⼦产额随原⼦序数的变化不⼤，它主要取决于表⾯形貌，呈以下关系：δ(θ)= δ0Secθ图3⼆次电⼦产量与样品倾斜⾓度关系θ增⼤时δ增⼤，样品表⾯的起伏形貌与样品倾转原理⼀样，形成形貌衬度。

⼊射电⼦与样品核外电⼦碰撞，使样品表⾯的核外电⼦被激发出来的电⼦，是作为SEM的成像信号，代表样品表⾯的结构特点。

图4 ⼆次电⼦的检测⽰意图1.2 背散射电⼦back scattered electron背散射电⼦是由样品反射出来的初次电⼦，是弹性散射返回来的电⼦，其主要特点是：能量很⾼，有相当部分接近⼊射电⼦能量，总能量约占⼊射点⼦能量的30%，在试样中产⽣的范围⼤，像的分辨率低。

背散射电⼦发射系数随原⼦序数增⼤⽽增⼤。

材料科学中的显微分析技术随着科技的不断进步和发展，材料科学领域也在不断地推陈出新，尤其是在显微分析技术方面，取得了巨大的成就。

显微分析技术是材料科学中一种非常重要的研究手段，主要通过观察样品的微观结构和性质来达到材料分析和研究的目的。

本文将重点介绍几种常用的显微分析技术。

一、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种非常常用的显微分析技术，它主要利用电子束照射样品后所产生的二次电子和反射电子来观察样品表面的形貌、结构和成分。

SEM 可以通过不同的电子能量、探针电流等参数来调节图像的分辨率和深度，因此对于材料表面形貌的观察和分析非常有帮助。

二、透射电子显微镜（TEM）与 SEM 不同的是，透射电子显微镜主要研究的是材料的内部结构和组成成分。

透射电子显微镜通过压缩电子波长并穿过材料薄层来观察材料的内部结构。

这种技术非常适合于研究各种微纳米结构，如晶体缺陷、嵌入物晶体、纳米线、薄膜等。

三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种非接触式的显微分析技术，可以实现 nm 和单个原子的分辨率。

AFM 通过利用样品表面的力变化来计算样品表面的形貌，可以直接观察到材料表面的原子结构和表面化学性质。

AFM 技术在材料表面形貌、粗糙度以及纳米级表面摩擦等方面各有应用。

四、拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非常常见的光谱分析技术，它通过利用激光束的激发下产生的被动散射光，来给出材料的振动信息，包括化合物的结构、作为表面成分的化合物、内部动态变化等。

拉曼光谱分析广泛用于材料、纳米材料及化学生物学领域，为研究物理、化学、生物等方面的问题提供了有效的工具。

五、X射线衍射分析（XRD）X射线衍射分析是一种分析材料内部结构的技术，主要应用于晶体结构分析、材料相变研究、材料显微结构分析等领域。

XRD 通过跟踪和分析样品探针的散射角度和强度，从而确定材料的具体晶格结构、原子排列和相互影响。

总结以上几种显微分析技术只是材料分析中常用的几种手段，还有许多其他的方法可以用于材料或材料组件的分析和研究。

光谱分析技术发展现状及趋势摘要：光谱分析技术是一种重要的分析手段，广泛应用于材料科学、生命科学、化学、环境监测等领域。

本文对光谱分析技术的发展现状进行了综述，并分析了其未来的趋势。

引言：光谱分析技术是一种基于光的特性进行物质分析和检测的方法。

它通过记录和分析物质与光的相互作用，可以得到物质的成分、结构和性质等信息。

随着光电子技术的迅猛发展和光源、检测器等仪器设备的改进，光谱分析技术在科学研究、工业检测和医学诊断等领域发挥着至关重要的作用。

一、光谱分析技术的发展现状1. 传统光谱分析技术传统光谱分析技术主要包括紫外-可见光谱、红外光谱和拉曼光谱等。

这些技术已经得到广泛应用，并取得了显著的成果。

紫外-可见光谱可测量物质的吸收和辐射特性，红外光谱可以分析物质的官能团和化学键，拉曼光谱可以获取物质的分子振动等信息。

传统光谱分析技术在化学分析、物质鉴定和环境监测等领域具有重要的应用价值。

2. 光学光谱仪器的发展光学光谱仪器是光谱分析技术的重要工具。

随着光电子技术的发展，光谱仪器的性能和功能得到了大幅提升。

例如，光源的进步使得光谱仪器的光强和稳定性得到了提高；检测器的创新增加了光谱仪器的灵敏度和分辨率等。

这些进展为光谱分析技术的应用提供了更好的条件。

3. 光谱分析技术在材料科学中的应用光谱分析技术在材料科学中具有重要的地位。

它可以用于表征材料的组成、结构和性质等方面。

例如，X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）相结合，可以揭示材料化学组成和表面形貌等信息。

光谱分析技术在材料研究和制备中发挥着至关重要的作用，并且随着材料科学领域的不断发展，其应用前景更是不可估量。

4. 光谱分析技术在生命科学中的应用光谱分析技术在生命科学中也得到广泛应用。

如荧光光谱分析可以研究蛋白质的构象变化和分子相互作用等；表面等离子共振（SPR）技术可以测定生物分子的亲和性和互作性等。

这些技术对于生命科学的研究和医学诊断等领域有着重要的意义。

光谱可用来鉴别物质成分光谱是现代化学分析中一种重要的工具，可用于鉴别物质的成分和性质。

通过对光的传播过程的观测和分析，可以获取物质在不同波长下的吸收、散射或发射光谱信息，从而判断样品的组成和结构。

光谱学广泛应用于化学、生物、物理、材料和环境等领域，提供了一种快速、准确、无损的分析方法。

光谱分析中常用的光谱类型主要包括吸收光谱、散射光谱和发射光谱。

其中，吸收光谱是光通过样品并被吸收的过程，通过观察样品在不同波长下的吸收特征，可以确定样品中的特定化学物质。

散射光谱则是光在物质中发生散射后的分布情况，常用于研究颗粒物和胶体溶液的特性。

发射光谱则是物质在受到刺激后放出的光，通过观察发射光的波长和强度，可以推断样品中的元素或化合物。

多种光谱技术可以被用来鉴别物质的成分。

其中，红外光谱（IR）是最常用的技术之一。

由于不同功能基团在红外光谱中产生的振动频率和强度各不相同，红外光谱可以提供样品分子的结构、官能团及其化学环境的丰富信息。

通过与数据库的对比，可确定物质的成分和结构。

紫外可见吸收光谱（UV-Vis）是另一种常用的光谱技术。

物质对紫外可见光的吸收产生一系列特征性的吸收峰，可以用于鉴别不同化合物或评估其浓度。

例如，有机染料常常通过紫外可见吸收光谱鉴定或监测。

拉曼光谱则利用样品与激光之间的散射效应来鉴别物质。

拉曼光谱具有非常高的分辨率和灵敏度，可用于分析样品中的有机物、无机物和生物分子。

与红外光谱相比，拉曼光谱不需要样品预处理，而且可以用于非破坏性分析。

核磁共振光谱（NMR）是一种通过测量样品中原子核在外磁场中的共振吸收来鉴别物质成分的技术。

根据不同核的磁共振频率和相对吸收强度，可以确定样品的分子结构和空间排布。

核磁共振光谱常用于有机化学、生物化学和材料科学领域。

另外，质谱技术也是一种常用的光谱方法，可以通过测量样品中分子或原子碎片的质荷比，来确定物质的分子量和元素组成。

除了以上提到的常见光谱技术外，X射线衍射、电子能谱和荧光光谱等也被广泛应用于物质成分的鉴别。

现代化学分析⽅法（仅供参考）SEM 和TEM 统称为电⼦显微镜扫描电镜测试样品表⾯形貌，⽽透射电镜测试内部形貌观察，或者晶体结构分析，特别是微区（微⽶、纳⽶）的像观察和结构分析SEM不能做磁性材料，TEM得是液态样品显微镜放⼤倍数受所⽤波长限制。

电⼦显微镜使⽤电⼦作为光束来观察物体内部或表⾯的结构。

普通光学显微镜是⽤可见光来观察物体的。

由于电⼦的波长远⼩于可见光的波长，所以前者的极限分辨率远⾼于后者的极限分辨率。

“Collect”栏设定扫描次数⼀般是设置16或者32都可以，多扫⼏次为了准确⼀点，⼀般没啥关系为什么减⼩激光器的功率可以减弱荧光对拉曼散射的⼲扰？减⼩激光功率，被激发的分⼦少了，产⽣的荧光跃迁⾃然就少了产⽣荧光所需要的激发能量⾼，产⽣拉曼所需的激发能量低，所以降低激光功率对荧光影响更⼤荧光对拉曼⼲扰问题在拉曼光谱中，通常斯托克斯线的强度⼤于反斯托克斯线，⼀般我们选⽤斯托克斯线部分。

但荧光会严重⼲扰斯托克斯线⽽不⼲扰反斯托克斯线，对能产⽣荧光的试样只能损失灵敏度选反斯托克斯线。

室温时处于基态振动能级的分⼦很少，Anti-stocke线也远少于stocks线。

温度升⾼，反斯托克斯线增加。

从由光学介质和荧光组成的系统来看，Stokes过程和反Stokes过程都是熵不断增⼤的过程。

虽然在反斯托克斯荧光制冷过程中光学介质的熵要减⼩．但由荧光带⾛的熵更⼤。

介质中熵的变化△SM是⼀个很重要的量。

正是由于熵的符号决定了在反斯托克斯过程中不可能产⽣激光。

相关内容还是要掌握的，⽐如什么是stocks和anti-stocks等什么类型的数据属于⼆维数据?荧光分光光度计的⽐⾊⽫为什么需要四⾯透光如果在⼀条直线上那是测吸光度的荧光分光光度计⼊射光源和检测器的⽅向是垂直的这样在垂直⽅向上就不可能有⼊射光⽽激发的荧光在四个⽅向上都有在垂直⽅向上检测⼲扰最⼩所以四⾯透光荧光光谱适⽤低温，是为了增加驰豫作⽤，提⾼灵敏度。

sem的元素分布摘要：1.SEM 的概述2.SEM 的元素分布概述3.SEM 元素分布的具体表现4.SEM 元素分布的应用实例5.SEM 元素分布的优缺点分析正文：【1.SEM 的概述】SEM，即扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope），是一种广泛应用于材料科学、生物学、化学等领域的表面形貌和组成分析的仪器。

它能够提供比光学显微镜更高的分辨率，可以观察到纳米级别的物体表面形态和结构。

【2.SEM 的元素分布概述】SEM 的元素分布，是指在SEM 观察过程中，样本表面各种元素的分布情况。

SEM 通过探测器收集电子，可以分析样本表面元素的种类和含量，从而得到元素分布信息。

【3.SEM 元素分布的具体表现】SEM 元素分布的具体表现，通常以元素分布图的形式展示。

元素分布图上，不同元素以不同的颜色标注，颜色深浅表示元素含量的多少。

通过观察元素分布图，可以直观地了解样本表面元素的分布情况。

【4.SEM 元素分布的应用实例】SEM 元素分布在许多领域都有广泛应用，例如：（1）材料科学：通过分析材料表面的元素分布，可以了解材料的腐蚀状况，为材料的防腐蚀措施提供依据；（2）生物学：在生物组织切片的观察中，通过SEM 元素分布分析，可以研究细胞结构和功能；（3）环境科学：通过对土壤、水体等环境样本的元素分布分析，可以了解污染物的分布和迁移情况，为环境治理提供依据。

【5.SEM 元素分布的优缺点分析】SEM 元素分布具有以下优点：（1）高分辨率：SEM 可以提供比光学显微镜更高的分辨率，可以观察到纳米级别的物体表面形态和结构；（2）高灵敏度：SEM 可以对样品表面各种元素进行定性和定量分析；（3）适用范围广：SEM 元素分布在材料科学、生物学、环境科学等多个领域都有应用。

当然，SEM 元素分布也存在一些缺点，例如设备昂贵、操作复杂等。