元素特征X射线能谱表

EDS能谱表一、引言随着科技的不断进步，能谱分析技术已成为材料科学、生命科学、环境科学等领域中不可或缺的分析手段。

其中，EDS能谱表作为一种常用的能谱分析技术，具有广泛的应用前景。

本文将对EDS能谱表的基本原理、技术特点、应用领域及未来发展方向进行详细阐述。

二、EDS能谱表基本原理EDS能谱表，即能量色散X射线光谱仪，是一种基于X射线照射样品后产生的特征X射线来进行元素分析的仪器。

当X射线照射到样品上时，样品中的元素会发射出具有特定波长和能量的特征X射线。

通过测量这些特征X射线的能量和强度，可以确定样品中元素的种类和含量。

EDS能谱表的原理基于X射线与物质相互作用时的能量损失和光谱线特征，能够对样品进行定性和定量分析。

三、EDS能谱表技术特点EDS能谱表具有以下技术特点：1.高精度元素分析：EDS能谱表可以对样品中的元素进行高精度分析，检测范围广泛，包括轻元素到重元素。

2.快速分析：EDS能谱表具有较高的分析速度，可以在较短的时间内完成样品的元素分析。

3.空间分辨率高：EDS能谱表的空间分辨率较高，能够提供元素在样品表面分布的信息。

4.无需样品制备：EDS能谱表分析时不需要对样品进行特殊制备，可以直接对样品进行测量。

5.操作简便：EDS能谱表的操作系统较为简单，便于用户快速掌握。

6.适用范围广：EDS能谱表适用于各种材料的分析，如金属、陶瓷、塑料、生物组织等。

四、EDS能谱表应用领域EDS能谱表在多个领域中都有广泛的应用：1.材料科学：在材料科学领域中，EDS能谱表常被用于合金、陶瓷、复合材料等材料的元素分析和成分研究。

通过对材料表面元素的分布进行分析，可以深入了解材料的结构和性能。

2.生物学：在生物学领域中，EDS能谱表常被用于生物组织、细胞、蛋白质等样品的元素分析。

通过对生物样品中元素的种类和含量进行分析，可以揭示生物体内的代谢过程和生理机制。

3.环境科学：在环境科学领域中，EDS能谱表常被用于土壤、水、空气等样品的元素分析。

一、X光电子能谱分析的基本原理X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。

该过程可用下式表示：hn=Ek+Eb+Er （1）其中:hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。

其中Er很小，可以忽略。

对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，式(1)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为 4 eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。

各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。

因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。

元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。

例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。

因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。

二、电子能谱法的特点(1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。

(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。

它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。

而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。

(3)是一种无损分析。

(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度高达10-18g，样品分析深度约2nm。

X射线能谱仪工作原理及谱图解析1、X射线能谱仪分析原理X射线能谱仪作为扫描电镜的一个重要附件，可被看成是扫描电镜X射线信号检测器。

其主要对扫描电镜的微区成分进行定性、定量分析，可以分析元素周期表中从B-U的所有元素信息。

其原理为：扫描电镜电子枪发出的高能电子进入样品后，受到样品原子的非弹性散射，将能量传递给该原子。

该原子内壳层的电子被电离并脱离，内壳层上出现一个空位，原子处于不稳定的高能激发态。

在激发后的10-12s内原子便恢复到最低能量的基态。

在这个过程中，一系列外层电子向内壳层的空位跃迁，同时产生X射线，释放出多余的能量。

对任一原子而言，各个能级之间的能量差都是确定的，因此各种原子受激发而产生的X射线的能量也都是确定的（图1）。

X射线能谱仪收集X射线，并根据其能量对其记数、分类，从而对元素进行定性、定量分析。

图1. 粒子间相互作用产生特征X射线本所能谱仪型号为：BRUKER X-Flash 5010，有四种检测模式：点扫描，区域扫描，线扫描，面扫描。

2、能谱仪检测模式介绍及参数解读2.1 点扫描及区域扫描模式图2 X射线能谱仪点扫描（A）、选区扫描（B）报告点扫描与选区扫描主要用于对元素进行定性和定量分析，确定选定的点或区域范围内存在的所有元素种类，并对各种元素的相对含量进行计算。

能谱检测对倍数要求不高，不同倍数条件下检测结果差异不大，关键在于选取检测的部位。

一般选择较大的块体在5000倍以下检测，因为X射线出射深度较深，除金属或陶瓷等非常致密的材料外，一般的块体在20kV加速电压下，X射线出射深度2μm左右，且点扫描的范围也在直径2μm左右。

因此块体太小或倍数过大，都会造成背景严重，测量准确度下降。

此外，最好选择比较平整的区域检测，因为电子打在坑坑洼洼的样品表面，X射线出射深度差别较大，定量信息不够准确。

特别低洼的区域，几乎检测不到信号，或信号很弱，得到的结果也便不准确。

第三，电子束与轻元素相会作用区域较大，干扰更强，因此轻元素的定量比重元素更加不准确。

EDS元素分析一、实验目的1.了解能谱仪（EDS）的结构和工作原理。

2.掌握能谱仪（EDS）的分析方法、特点及应用。

二、实验原理在现代的扫描电镜和透射电镜中，能谱仪（EDS）是一个重要的附件，它同主机共用一套光学系统，可对材料中感兴趣部位的化学成分进行点分析、面分析、线分析。

它的主要优点有：（1）分析速度快，效率高，能同时对原子序数在11—92之间的所有元素（甚至C、N、O等超轻元素）进行快速定性、定量分析；（2）稳定性好，重复性好；（3）能用于粗糙表面的成分分析（断口等）；（4）能对材料中的成分偏析进行测量，等等。

（一）EDS的工作原理探头接受特征X射线信号→把特征X射线光信号转变成具有不同高度的电脉冲信号→放大器放大信号→多道脉冲分析器把代表不同能量（波长）X射线的脉冲信号按高度编入不同频道→在荧光屏上显示谱线→利用计算机进行定性和定量计算。

（二）EDS的结构1、探测头：把X射线光子信号转换成电脉冲信号，脉冲高度与X射线光子的能量成正比。

2、放大器：放大电脉冲信号。

3、多道脉冲高度分析器：把脉冲按高度不同编入不同频道，也就是说，把不同的特征X射线按能量不同进行区分。

4、信号处理和显示系统：鉴别谱、定性、定量计算；记录分析结果。

（三）EDS的分析技术1、定性分析：EDS的谱图中谱峰代表样品中存在的元素。

定性分析是分析未知样品的第一步，即鉴别所含的元素。

如果不能正确地鉴别元素的种类，最后定量分析的精度就毫无意义。

通常能够可靠地鉴别出一个样品的主要成分，但对于确定次要或微量元素，只有认真地处理谱线干扰、失真和每个元素的谱线系等问题，才能做到准确无误。

定性分析又分为自动定性分析和手动定性分析，其中自动定性分析是根据能量位置来确定峰位，直接单击“操作/定性分析”按钮，即可在谱的每个峰位置显示出相应的元素符号。

自动定性分析识别速度快，但由于谱峰重叠干扰严重，会产生一定的误差。

2、定量分析：定量分析是通过X射线强度来获取组成样品材料的各种元素的浓度。