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无机材料测试技术11电子探针X射线显微分析

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无机化合物结构表面—显微分析技术

无机化合物结构表面—显微分析技术

电子光学：利用高速运动电子在电场或磁场作用下产生偏 转、聚焦而成像的规律，达到显微学研究目的。
电子显微分析技术
最小分辨距离计算公式：
d 0.61 1
（1）
n sin 2
式中，d 指物镜能够分开两个点之间的最短距离，称为物镜分辨本领或分辨能力；
为入射光的波长；n 为透镜周围介质的折射率； 为物镜的半孔径角。
透镜的成像作用可分为两个过程：
第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级衍射谱，即由物 变换到衍射的过程；
第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸像点，即由衍射 重新变换到物（像是放大了的物）的过程。
物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
×100 ×20
选区光阑
二次像 投影镜
×100
试样
吸收电子
能量分散X射线能谱（EDS）
波长分散X射线能谱（WDS） 样品电流
电子能量损耗谱（EELS）
弹性散射电子
非弹性散射电子
透射电子
图1 电子束与固体样品作用时产生的信号
电子显微分析可进行的工作有：
高分辨率的微观形貌观察 晶体结构分析 微区化学成分分析 材料表面及内部结构观察
材料形貌观察+材料结构分析+材料微区成分分析 弥补了其他微结构分析方法的缺陷。
电子显微分析技术：将对材料观察的尺寸推进到亚微米和 微米以下的层次，成为材料结构研究的不可缺少的方法、 手段之一。
扫描探针显微技术：能够实现原纳米材料的发展。
电子显微分析技术
电子波动性的发现 光学显微镜的实践基础
电子显微学
电子束在磁场中运动具有会聚性。
除萃取复型外，表面复型方法只能研究物体表面的形貌特征，而无法 提供试样内部组成相、晶体结构及微区化学成分等本质信息。

无机材料的结构分析及性质分析

无机材料的结构分析及性质分析

无机材料的结构分析及性质分析无机材料是我们日常生活和工业生产中必不可少的材料之一。

与有机材料不同，无机材料的结构和性质具有一定的独特性。

在本文中，我们将讨论无机材料的结构分析和性质分析，以便更好地了解这些材料。

一、结构分析无机材料的结构非常复杂，一般需要利用现代科技手段进行分析。

以下是几种常用的结构分析方法：1. X射线衍射分析X射线衍射分析是一种通过测量晶体衍射图案，确定晶体结构的方法。

该方法通常使用X射线或中子作为探针。

通过分析晶体衍射图样的强度和位置，可以确定晶体的晶格常数、晶体间距、晶体的对称性等信息。

该方法广泛应用于研究金属、陶瓷等无机材料的结构。

2. 电子显微镜电子显微镜是一种利用高能电子来研究材料结构的方法。

与传统光学显微镜不同，电子显微镜能够在更高的分辨率下观察材料的微观结构。

该方法在金属、半导体、陶瓷等材料的结构分析中得到了广泛应用。

3. 傅立叶变换红外光谱法傅立叶变换红外光谱法是一种通过测量材料吸收、散射、透射等红外光谱信息，来确定材料结构的方法。

该方法可以用来分析无机材料的化学键、晶体结构、表面特性等信息。

傅立叶变换红外光谱法广泛应用于分析粉末、化学品、纤维等材料。

二、性质分析无机材料的性质因种类不同而有所差异。

以下是一些常见的无机材料的性质分析方法：1. 吸附性能分析吸附性能是无机材料的常见性质之一。

通过测量材料的比表面积、孔径大小等参数，可以确定材料的吸附性能。

常用的吸附性能分析方法包括石墨烯气体吸附法、比表面积测定法等。

2. 光学性质分析光学性质是无机材料的重要性质之一，包括折射率、吸收系数、发光性等。

通过测量材料在不同波长的光照射下的光谱特性，可以确定材料的光学性质。

光学性质分析方法包括紫外可见吸收光谱法、荧光光谱法等。

3. 电学性质分析电学性质是无机材料的另一种常见性质。

通过测量材料的电导率、电容量等参数，可以确定材料的电学性质。

电学性质分析方法包括交流电阻率法、恒定应变法等。

无机非金属材料测试方法

无机非金属材料测试方法

① X 射线的散射可分为想干散射和不相干散射。

射线的散射可分为想干散射和不相干散射。

② 滤波片的作用：除去和减弱K β谱线和连续光谱谱线和连续光谱 ③ X 射线衍射方法：劳厄法，转动晶体法，粉晶法，衍射仪法。

射线衍射方法：劳厄法，转动晶体法，粉晶法，衍射仪法。

④ 衍射线束的强度主要与晶体结构、晶体的完整性以及参与衍射的晶体的体积等有关衍射线束的强度主要与晶体结构、晶体的完整性以及参与衍射的晶体的体积等有关⑤ CsCl 结构是简单立方点阵，MgO 结构是面心立方点阵结构是面心立方点阵简单点阵简单点阵 无体心点阵体心点阵 h+k+l=2n+1(奇数) C 面带心点阵面带心点阵 h+k=2n+1 B 面带心点阵面带心点阵 h+l=2n+1 A 面带心点阵面带心点阵 k+l=2n+1 面心点阵面心点阵 h ，k ，l 奇偶混杂奇偶混杂三方点阵三方点阵 -h+k+l=3n ⑥ 粉末法中三种底片安装法：正装法、反装法、不对称装片法粉末法中三种底片安装法：正装法、反装法、不对称装片法⑦ 粉末衍射法是多晶体最常用的研究方法粉末衍射法是多晶体最常用的研究方法⑧ 连续扫描：是探测仪以一定的角速度在选定的范围内进行连续扫描，并将探测仪的输出通过计数仪输入到纸带计数仪，把各个角度下的衍射强度记录在纸带上，画出衍射图谱。

优点是快速而方便，但由于机械设备及计数率仪等的滞后效应和平滑效应，是记录纸上扫描出得衍射信息总是落后于探测器接收到的，造成衍射线峰位想扫描方向移动、分辨力降低、线性畸变等缺点。

当扫描速度快时，这些缺点尤为显著。

些缺点尤为显著。

⑨ 步进扫描：使探测器以一定的角度间隔逐步移动，对衍射峰强度进行逐点测量。

步进扫描无滞后及平滑效应，因此衍射线峰位正确、分辨力好。

而且由于每步停留时间是任选的，顾可选的足够长，使总计数的值也足够大，以使计数的均方偏差足够小，减少统计涨落对强度的影响使总计数的值也足够大，以使计数的均方偏差足够小，减少统计涨落对强度的影响⑩ 物相定性分析基本原理：进行定性相分析时，必须先将试样用粉晶法或衍射仪法测定个衍射线条的衍射角，将它换算为晶面间距d ，再用显微黑度计、计数管或肉眼估计等办法，测出各条衍射线的相对强度，然后与各种结晶物质的标准衍射花样惊醒比较鉴别相对强度，然后与各种结晶物质的标准衍射花样惊醒比较鉴别11 PDF 卡片使用的基本原理：每张卡片上记录着一种结晶物质的粉末衍射数据，查阅卡片，就可知道这一物质的粉末衍射数据和其它很多信息。

材料分析化学期末考试试题

材料分析化学期末考试试题

A一、名词解释（共20分，每小题2分。

）1.辐射的发射2.俄歇电子3.背散射电子4.溅射5.物相鉴定6.电子透镜7.质厚衬度 8.蓝移 9.伸缩振动 10.差热分析二、填空题（共20分，每小题2分。

）1.电磁波谱可分为三个部分，即长波部分、中间部分和短波部分，其中中间部分包括（）、（）和（），统称为光学光谱。

2.光谱分析方法是基于电磁辐射与材料相互作用产生的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。

光谱按强度对波长的分布（曲线）特点（或按胶片记录的光谱表观形态）可分为（）光谱、（）光谱和（）光谱3类。

3.分子散射是入射线与线度即尺寸大小远小于其波长的分子或分子聚集体相互作用而产生的散射。

分子散射包括（）与（）两种。

4.X射线照射固体物质(样品)，可能发生的相互作用主要有（）、（）（）和（）等。

5.多晶体（粉晶）X射线衍射分析的基本方法为（）和（）。

6.依据入射电子的能量大小，电子衍射可分为（）电子衍射和（）电子衍射。

依据电子束是否穿透样品，电子衍射可分为（）电子衍射与（）电子衍射。

7.衍射产生的充分必要条件是（）。

8.透射电镜的样品可分为（）样品和（）样品。

9.单晶电子衍射花样标定的主要方法有（）和（）。

10.扫描隧道显微镜、透射电镜、X射线光电子能谱、差热分析的英文字母缩写分别是（）、（）、（）、（）。

三、判断题，表述对的在括号里打“√”，错的打“×”（共10分，每小题1分）1.干涉指数是对晶面空间方位与晶面间距的标识。

晶面间距为d110/2的晶面其干涉指数为（220）。

（）2.倒易矢量r*HKL的基本性质为：r*HKL垂直于正点阵中相应的（HKL）晶面，其长度r*HKL等于(HKL)之晶面间距d HKL的2倍。

（）倒数3.分子的转动光谱是带状光谱。

（）4.二次电子像的分辨率比背散射电子像的分辨率低。

（）高5.一束X射线照射一个原子列（一维晶体），只有镜面反射方向上才有可能产生衍射。

（）6.俄歇电子能谱不能分析固体表面的H和He。

材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件

材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件

实际案例分析
材料A的X射线衍射和电子显微分析
通过结合应用，确定了材料A的晶体结构和微观结构特征，为其性能研究提供了 有力支持。
材料B的缺陷分析
利用X射线衍射和电子显微分析，成功检测到材料B中的晶体缺陷和微观结构变化 ，为优化制备工艺提供了指导。
材料X射线衍射和电
04
子显微分析的发展
趋势与未来展望
材料X射线衍射与电
03
子显微线衍射
01
局限性：对于非晶体或无定形材料，X射 线衍射效果不佳。
03
02
特点：能够确定晶体结构，提供宏观尺度上 的晶体信息。
04
电子显微分析
特点：高分辨率和高放大倍数，能够观察 材料的微观结构和表面形貌。
05
06
局限性：对于轻元素和某些化学态的识别 能力有限，且需要薄样品。
电子显微镜的工作原理
电子显微镜利用电子替代传统显微镜的光子，通过电子束 与样品的相互作用，将样品中的信息传递到荧光屏上，形 成图像。
分辨率和放大倍数
电子显微镜的分辨率和放大倍数主要取决于物镜的焦距和 中间镜的放大倍数，其分辨率通常比光学显微镜高，能够 观察更细微的结构。
电子显微镜的应用
生物医学研究
料X射线衍射和电子显微分析。
02
自动化和智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来的材料X射线衍射和电子显
微分析将更加自动化和智能化，能够自动识别、分类和处理数据。
03
多维度和多尺度分析
未来的材料X射线衍射和电子显微分析将能够实现多维度和多尺度分析
，从微观到宏观全面揭示材料的结构和性能。
技术发展面临的挑战与机遇
挑战
随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，需要不断更新和完善材料X射线衍射和电子显微分析技术。同时，随 着环保意识的提高，如何降低这些技术对环境的负面影响也是一个重要的挑战。

材料现代分析与测试技术 教学大纲

材料现代分析与测试技术 教学大纲

材料现代分析与测试技术课程教学大纲一、课程性质、教学目的及教学任务1.课程性质本课程是材料类专业的专业基础课，必修课程。

2.教学目的学习有关材料组成、结构、形貌状态等分析测试的基本理论和技术，为后续专业课学习及将来材料研究工作打基础。

3.教学任务课程任务包括基本分析测试技术模块——X射线衍射分析、电子显微分析、热分析；扩充分析测试技术模块——振动光谱分析和光电子能谱分析。

在各模块中相应引入新发展的分析测试技术：X射线衍射分析X射线衍射图谱计算机分析处理；电子显微分析引入扫描探针显微分析（扫描隧道显微镜、原子力显微镜）；热分析引入DSC分析。

二、教学内容的结构、模块绪论了解材料现代分析与测试技术在无机非金属材料中的应用、发展趋势，明确本课程学习的目的和要求。

1. 本课程学习内容2. 本课程在无机非金属材料中的应用3. 本课程的要求（一）X射线衍射分析理解掌握特征X射线、X射线与物质的相互作用、布拉格方程等X射线衍射分析的基本理论，掌握X射线衍射图谱的分析处理和物相分析方法，掌握X射线衍射分析在无机非金属材料中的应用，了解X射线衍射研究晶体的方法和X射线衍射仪的结构，了解晶胞参数测定方法。

1. X射线物理基础（1）X射线的性质（2）X射线的获得（3）特征X射线和单色X射线2. X射线与物质的相互作用3. X射线衍射几何条件4. X射线衍射研究晶体的方法（1）X射线衍射研究晶体的方法（2）粉末衍射仪的构造及衍射几何5. X射线衍射数据基本处理6. X射线衍射分析应用（1）物相分析（2）X射线衍射分析技术在测定晶粒大小方面的应用（二）电子显微分析理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论，掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点，掌握用各种衬度理论解释电子显微像，掌握电子显微分析样品的制备方法，了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。

1. 电子光学基础（1）电子的波长和波性（2）电子在电磁场中的运动和电磁透镜（3）电磁透镜的像差和理论分辨率（4）电磁透镜的场深和焦深2. 电子与固体物质的相互作用（1）电子散射、内层电子激发后的驰豫过程、自由载流子（2）各种电子信号（3）相互作用体积与信号产生的深度和广度3. 透射电子显微分析（1）透射电子显微镜（2）透射电镜样品制备（3）电子衍射（4）透射电子显微像及衬度（5）透射电子显微分析的应用4. 扫描电子显微分析（1）扫描电子显微镜（2）扫描电镜图像及衬度（3）扫描电镜样品制备5. 电子探针X射线显微分析（1）电子探针仪的构造和工作原理（2）X射线谱仪的类型及比较（3）电子探针分析方法及其应用6. 扫描探针显微分析（1）扫描隧道显微镜（2）原子力显微镜（三）热分析理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。

无机材料的表征方法及其性能评估

无机材料的表征方法及其性能评估无机材料是由无机元素组成的材料，广泛应用于工业、医疗、能源等领域。

为了充分了解无机材料的性质和性能，科学家们开发了不同的表征方法和评估技术。

本文将介绍一些常用的无机材料表征方法，并讨论这些方法在性能评估中的应用。

一、无机材料的表征方法1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种结构表征方法，可以用于确定晶体结构、相组成、晶格参数等。

该方法通过测量无机材料与X射线的相互作用来确定样品的结构信息。

XRD 主要通过测量材料中晶体的多晶衍射图案来分析样品的晶体结构。

利用XRD，可以准确地确定晶格常数、晶体结构、尺寸等信息。

2. 扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种常用的表征方法，可以观察和分析材料的表面形貌、形态和结构等。

该方法通过照射样品表面的电子束，利用样品与电子束之间的相互作用，获取高分辨率的图像。

SEM能够提供关于无机材料表面形貌、颗粒大小、形状、分布等方面的信息，对于材料的微观结构研究至关重要。

3. 透射电子显微镜（TEM）TEM是一种高分辨率的无机材料表征方法，可用于观察和分析材料的晶体结构、晶粒大小、界面结构等。

该方法通过照射样品的薄片形成透射电子图像，通过对图像的分析，可以获得材料的微观结构信息。

TEM具有更高的分辨率和更高的空间分辨率，对于纳米材料的研究尤其重要。

4. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）FTIR是一种用来表征无机材料化学成分和分子结构的方法。

该方法利用可见光与无机材料之间的相互作用，获取样品的红外吸收光谱。

FTIR可以用于识别材料中的功能基团和官能团，从而确定无机材料的化学成分和分子结构。

二、无机材料的性能评估1. 机械性能评估机械性能是无机材料性能评估的重要指标之一，它直接关系到材料是否适用于特定工程应用。

常用的机械性能评估包括拉伸、压缩、弯曲等。

通过使用不同的试验方法，可以评估材料的强度、硬度、韧性等机械性能参数。

2. 导电性能评估导电性能是无机材料在电子领域应用中的重要特性。

电子探针x射线显微分析

• 被激发的特征X射线照射到连续转动的分 光晶体上实 现分光(色散)，即不同波长的X 射线将在各自满足布拉格方程的2方向上被 (与分光晶体以2:1的角速度同步转动的)检测 器接收。
• 它可检测微米级区域的成分含量。原子序 数从4～92的所有元素均可分析检出。检测 的最小含量为万分之一，波谱仪的分辨率高 于能谱仪。
波谱仪的特点
波谱仪的突出优点是波长分辨率很高。如它可将波长 十分接近的VK(0.228434nm)、CrK1(0.228962nm)和 CrK2(0.229351nm)3根谱线清晰地分开。
但由于结构的特点，波谱仪要想有足够的色散率，聚 焦圆的半径就要足够大，这时弯晶离X射线光源的距 离就会变大，它对X射线光源所张的立体角就会很小， 因此对X射线光源发射的X射线光量子的收集率也就 会很低，致使X射线信号的利用率极低。
X射线显微分析
X射线能谱仪（EDS） X射线波谱仪（WDS） EDS与 WDS间的比较 X射线显微分析在材料科学研究中的应用
X射线能谱仪（EDS）
它时扫描电镜的重要附件之一，利用它可以对 试样进行元素定性、半定量和定量分析。其特 点是探测效率高，可同时分析多种元素。
工作原理
从试样中产生的X射线被Si(Li)半导体检测，得到 电荷脉冲信号经前置放大器和主放大器转换放大得到 X射线能量成正比的电压脉冲信号厚，送到脉冲处理 器进一步放大再经模数转换器转换成数字信号输出。
(3)谱线重复性好。由于能谱仪没有运动部件，稳定性好，且没有 聚焦要求，所以谱线峰值位置的重复性好且不存在失焦问题，适 合于比较粗糙表面的分析工作。
能谱仪的缺点
(1)能量分辨率低，峰背比低。由于能谱仪的探头直接 对着样品，所以由背散射电子或X射线所激发产生的 荧光X射线信号也被同时检测到，从而使得Si(Li)检测 器检测到的特征谱线在强度提高的同时，背底也相应 提高，谱线的重叠现象严重。故仪器分辨不同能量特 征X射线的能力变差。能谱仪的能量分辨率(130eV)比 波谱仪的能量分辨率(5eV)低。

电子探针X射线显微分析(EPMA)

67
电解抛光原理示意图
68
EBSD试样制备——离子束抛光
69
样品
切割面
挡板 离子束
70
71/56
用途—截面抛光
用途—多相材料
C
W
金刚石复合材料
Si
Cr
72
用途—大面积抛光
No Etch
Etch 10 min.
Etch 30 min.
73
铝合金
机械抛光条件：硅溶胶；5kV，5h
74
EBSD标定率：75.9%
上图所示为：镶嵌后的样品在 振动抛光机上的实际工作状态
66
EBSD试样制备——电解抛光
• 优点：样品表面无变形层 • 缺点： • 并不适合于所有金属，特别是双相或多相合金 • 抛光不均匀或者形成凹坑或浮凸 • 比较难找到合适的抛光工艺参数 • 电解液污染和有毒，不易存储，对于不同材料需要配制不
同电解液。电解液的通用性差，使用寿命短和强腐蚀性。
27
特点
1)对晶体结构分析的精度已使EBSD技术成为一种继X光衍射和 电子衍射后的一种微区物相鉴定新方法; (2)晶体取向分析功能使EBSD技术已成为一种标准的微区织构 分析技术; (3) EBSD方法所具有的高速(每秒钟可测定100个点)分析的特点 及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶 体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又 具有X光衍射(或中子衍射)对大面积样品区域进行统计分析的 特点; (4)进行EBSD分析所需的样品制备相对于TEM样品而言大大简 化。
=25 µm ;M ap4;S tep=0.7 µm ;G rid200x200
49
Grain size analysis

【干货】使用电子探针（EPMA）必备的基本知识

【干货】使用电子探针（EPMA）必备的基本知识电子探针x射线显微分析，是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析。

适用于分析试样中微小区域的化学成分，是研究材料组织结构和元素分布状态的有效方法。

所以，实验室使用电子探针的小伙伴不在少数，想要更好地掌握探针探针的使用技术，这些基础知识不容忽略。

电子探针X射线显微分析仪(Electron probe X-raymicroanalyser , EPMA )的简称为电子探针。

在众多样品化学成分分析的仪器中，电子探针分析技术(EPMA)是一种应用较早、且至今仍具有独特魅力的多元素分析技术。

二战以来，世界经济和社会的迅猛发展极大的促进了科学技术的进步，电子探针技术(EPMA)也进入了一个快速发展的时期，因此在很多的领域都有电子探针的应用，例如：地质学、宝玉石鉴定、刑侦等。

主要介绍了电子探针的发展历史，以及其在现代科学领域的应用。

为什么电子探针的应用领域如此广泛，和其分析特点密不可分。

第一，微区性、微量性：几个立方μm范围能将微区化学成分与显微结构对应起来。

而一般化学分析、X射线荧光分析及光谱分析等，是分析样品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。

第二，方便快捷：制样简单，分析速度快。

第三，分析方式多样化：可以连续自动进行多种方法分析，如进行样品X射线的点、线、面分析等。

自动进行数据处理和数据分析。

第四，应用范围广：可用于各种固态物质、材料等。

第五，元素分析范围广：一般从铍(Be4 )——铀(Ｕ92)。

因为H和He原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进行电子探针成分分析。

锂(Li) 虽然能产生X 射线，但产生的特征X 射线波长太长，通常无法进行检测，电子探针用大面间距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元素。

第六，不损坏样品：样品分析后，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、古陶瓷、古硬币及犯罪证据等稀有样品分析尤为重要。

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定性分析的基础是Moseley关系式:
式中：ν为元素的特征X 射线频率，Z为原子序数，K与 σ均为常数，C为光速。当σ≈1时， λ与Z的关系式可写成:
由式可知，组成试样的元素(对应的原子序数Z)与它产 生的特征X 射线波长(λ)有单值关系，即每一种元素都有 一个特定波长的特征X射线与之相对应， 它不随入射电子 的能量而变化。如果用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，这就是定性分析的基本原理。
b) X射线出射线出射窗口要设计得很大； c)出射角φ越小，X射线接受效率越低。
•直进式波谱仪旋转式： 特点是X射线出射角φ固定不变，弥补了旋转式波谱仪的缺
点。因此，虽然在结构上比较复杂，但它是目前最常用的一种 谱仪。如图4-77所示，弯晶在某一方向上作直线运动并转动， 探测器也随着运动。聚焦圆半径不变，圆心在以光源为中心的 圆周上运动，光源、弯晶和接收狭缝也都始终落在聚焦圆的圆 周上。
(c)能谱分析和波谱分析特点
能谱仪70 年代问世以来，发展速度很快，现在分辨率已达 到130eV左右 ，以前Be窗口能谱仪分析元素范围从11Na－92U， 现在用新型有机膜超薄窗口，分析元素可从4Be－92U。
元素定性、定量分析软件也有很大改善，中等原子序数的元 素定量分析准确度已接近波谱。近年来能谱仪的图象处理和图象 分析功能发展很快。探测器的性能也有提高，能谱使用时加液氮， 不使用时不加液氮。有的能谱探测器用电制冷方法冷却，使探头 维护更方便。 Nhomakorabea低
高
峰背比（WDS/EDS） 10
1
C aK
3. 试样室
用于安装、交换和移动试样。试样可以沿X、Y、 Z轴方向移动，有的试样台可以倾斜、旋转。现在试样 台已用光编码定位，准确度优于1μm，对表面不平的 大试样进行元素面分析时，Z轴方向可以自动聚焦。
试样室可以安装各种探测器，例如二次电子探测 器、背散射电子探测器、波谱、能谱、及光学显微镜 等。光学显微镜用于观察试样(包括荧光观察)，以确定 分析部位，利用电子束照射后能发出荧光的试样（如 ZrO2），能观察入射到试样上的电子束直径大小。
• 扫描型电子探针商品是1960年问世。70 年代开始 ，电子探针和扫描电镜的功能组合为一体，同时 应用电子计算机控制分析过程和进行数据处理。
二、电子探针显微分析特点
1. 显微结构分析 2. 元素分析范围广 3. 定量分析准确度高 4. 不损坏试样、分析速度快 5. 微区离子迁移研究
1. 显微结构分析
电子探针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、古陶瓷、古硬币及犯罪证据等的稀有试样分析尤为重 要。
5. 微区离子迁移研究
多年来，还用电子探针的入射电子束注入试样来 诱发离子迁移，研究了固体中微区离子迁移动力学、 离子迁移机理、离子迁移种类、离子迁移的非均匀性 及固体电解质离子迁移损坏过程等，已经取得了许多 新的结果。
2. 元素分析范围广
电子探针所分析的元素范围一般从硼(B)——铀(Ｕ)， 因为电子探针成份分析是利用元素的特征X 射线，而氢和 氦原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进 行电子探针成分分析。锂(Li)和铍(Be)虽然能产生X 射线， 但产生的特征X 射线波长太长，通常无法进行检测，少数 电子探针用大面间距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测 Be元素。能谱仪的元素分析范围现在也和波谱相同，分析 元素范围从铍(Be)——铀(Ｕ)
不同波长的X 射线要用不同面间距的晶体进行分光， 日 本电子公司的电子探针通常使用的四种晶体面间距及波长检测 范围见表
分光晶体及波长范围
表中STE[Pb(C18H35O2)2]为硬脂酸铅，TAP(C8H5O4TI)为邻苯 二甲酸氢铊，PET(C5H12O4)为异戊四醇，LiF为氟化锂晶体。
（b）能量色散谱仪
3. 定量分析准确度高
电子探针是目前微区元素定量分析最准确的仪器。电 子探针的检测极限(能检测到的元素最低浓度)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，但由于所分析的体积小，所以检测的绝对感量极 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% 以上的时，其相 对误差通常小于2%。
2）X 射线谱仪
X射线谱仪的性能，直接影响到元素分析的灵 敏度和分辨本领，它的作用是测量电子与试样相 互作用产生的X 射线波长和强度。谱仪分为二类: 一类是波长色散谱仪(WDS)，一类是能量色散谱 仪(EDS)。
（a）波长色散谱仪
众所周知，X 射线是一种电磁辐射，具有波粒二象性， 因此 可以用二种方式对它进行描述。如果把它视为连续的电磁波，那 么特征X 射线就能看成具有固定波长的电磁波，不同元素就对应 不同的特征X 射线波长，如果不同X 射线入射到晶体上，就会产 生衍射，根据Bragg公式：
第十一章 电子探针X射线显微分析
• 概述 • 显微分析特点 • 构造与工作原理 • 样品制备 • 分析方法
一、概述
• 电子探针是电子探针X 射线显微分析仪的简称，英文 缩写为EPMA (Electronprobe X-ray microanalyser) 。
• 电子探针仪是一种微区成分分析仪器，它利用被聚焦 成小于1m的高速电子束轰击样品表面，由X射线波 谱仪或能谱仪检测从试样表面有限深度和侧向扩展的 微区体积内产生的特征X射线的波长和强度，得到微 区的定性或定量的化学成分。
能谱仪结构框图
探测器输出的电压脉冲高度，由电子－空穴对的数目N 决 定，由于电压脉冲信号非常小，为了降低噪音，探测器用液氮 冷却，然后用前置放大器对信号放大，放大后的信号进入多道 脉冲高度分析器， 把不同能量的X射线光子分开来，并在输出 设备（如显像管）上显示出脉冲数—脉冲高度曲线，纵坐标是 脉冲数，即入射X 射线光子数，与所分析元素含量有关，横坐 标为脉冲高度，与元素种类有关，这样就可以测出X 射线光子 的能量和强度，从而得出所分析元素的种类和含量，这种谱仪 称能量色散谱仪(EDS)，简称能谱仪。
能谱有许多优点，例如，元素分析时能谱是同时测 量所有元素，而波谱要一个一个元素测量，所以分析速 度远比波谱快。能谱探头紧靠试样，使X 射线收集效率 提高，这有利于试样表面光洁度不好及粉体试样的元素 定性、定量分析。另外，能谱分析时所需探针电流小， 对电子束照射后易损伤的试样，例如生物试样、快离子 导体试样等损伤小。但能谱也有缺点，如分辨率差，谱 峰重叠严重，定量分析结果一般不如波谱等。(下表为能 谱和波谱主要性能的比较)
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 射频率， 通过EDS 检测试样中不同能量的特征 X 射线，即可进行元素的定性分析，EDS 定性速度快， 但由于它分辨率低，不同元素的特征X 射线谱峰往往
相互重叠，必须正确判断才能获得正确的结果，分析 过程中如果谱峰相互重叠严重，可以用WDS和EDS联
式中：CA为某A元素的百分含量，K 为常数，根据不同的修正 方法，K 可用不同的表达式表示，IA 和 I(A) 分别为试样中和 标样中A元素的特征X 射线强度，同样方法可求出试样中其它 元素的百分含量。
2、电子探针的仪器构造
1）电子光学系统 2）X射线谱仪系统 3）试样室 4）电子计算机 5）扫描显示系统 6）真空系统
三、电子探针仪的构造和工作原理
1、电子探针分析的基本原理
1）定性分析的基本原理 2）定量分析的基本原理
1）定性分析的基本原理
电子探针除了用电子与试样相互作用产生的二 次电子、背散射电子进行形貌观察外，主要是利用 波谱或能谱，测量入射电子与试样相互作用产生的 特征X 射线波长与强度，从而对试样中元素进行定 性、定量分析。
电子探针是利用0.5μm－1μm的高能电子束激发所分析的试 样，通过电子与试样的相互作用产生的特征X 射线、二次电子、 吸收电子、 背散射电子及阴极荧光等信息来分析试样的微区内 (μm范围内)成份、形貌和化学结合状态等特征。电子探针成分分 析的空间分辨率（微区成分分析所能分析的最小区域）是几个立 方μm范围， 微区分析是它的一个重要特点之一, 它能将微区化学 成份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，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。
4. 不损坏试样、分析速度快
现在电子探针均与计算机联机，可以连续自动进行多 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，新型电子探针在30min 左右可以完成，如果用EDS 进行定性、定量分析，几分种 即可完成。对表面不平的大试样进行元素面分析时，还可 以自动聚焦分析。
现在大部分扫描电镜、电子探针及透射电镜都配能 谱仪，使成分分析更方便。
能谱和波谱主要性能的比较
比较内容 元素分析范围 定量分析速度 分辨率 检测极限
WDS 4Be－92U 慢 高（≈5eV） 10-2 (%)
EDS 4Be－92U 快 低（130 eV） 10-1 (%)
定量分析准确度
高
低
X射线收集效率
如果把X射线看成由一些不连续的光子组成， 光子的能量 为 E＝ｈν，ｈ为普朗克常数，ν为光子振动频率。不同元素 发出的特征X射线具有不同频率，即具有不同能量，当不同能量 的X射线光子进入锂漂移硅[Si(Li)]探测器后，在Si(Li)晶体内将 产生电子－空穴对，在低温（如液氮冷却探测器）条件下，产 生一个电子－空穴对平均消耗能量ε为3.8eV。能量为E 的X 射 线光子进入Si(Li)晶体激发的电子－空穴对N＝E/ε，入射光子 的能量不同，所激发出的电子－空穴对数目也不同，例如，Mn Kα能量为5.895keV,形成的电子－空穴对为1550 个。