电子探针

电子探针（EPMA）全名为电子探针X射线显微分析仪，又名微区X射线谱分析仪。

可对试样进行成分、形态、结构、物性等多方面的分析。

除H、He、Li、Be等几个较轻元素外，都可进行定性和定量分析。

工作原理：是将试样置于显微镜下，选定分析位置，利用经过加速和聚焦的极窄的电子束为探针，激发试样中某一微小区域，在直径为1um、体积为1um3区域内的不同元素受激发射出X射线,用波长色散X射线谱仪或能量色散X射线谱仪读出元素的特征X射线，根据特征X射线的强度与波长信息，进行元素的定性定量分析。

发展历史：从Castaing奠定电子探针分析技术的仪器、原理、实验和定量计算的基础以来，电子探针分析(EPMA)作为一种微束、微区分析技术在50~60年代蓬勃发展，至70年代中期已比较成熟；促进了地学中地质年代学研究项目的深入，在矿物学、岩石学、矿床学、微古生物学、普查找矿等方面起了非常巨大的作用, 在许多重大地质成果中都发挥了重要作用。

特点：EPMA技术具有高空间分辨率(约1μm ) 检出限可低至10-14～10-15克、简便快速、精度高、分析元素范围广( 4Be ～92U)、不破坏样品属非破坏性分析。

在矿物研究工作中既能微观观察，同时又能分析微区成分。

运用前景：电子探针在分析鉴定微矿物、微成分方面，有着广阔的应用前景，主要用于岩石矿物的深度分析，如与薄片鉴定结合，检测未知矿物及难辨矿物——片钠铝石、钠沸石、皂石等。

与阴极发光显微镜相结合，可揭示矿物的发光机制。

与扫描电镜配合，可精确测定扫描电镜下的各种粘土矿物及未知矿物，使形态观察与成分分析密切联系。

还可与X衍射分析结合，详细测定各种矿物，包括混层粘土矿物的成分等等。

电子探针的运用如今，电子探针已广泛运用于地学研究中的许多领域，如：测定地质体年龄、鉴定矿物、研究系列矿物、固溶体分离矿物、矿物环带结构、矿物蚀变晕、构造分析等。

1．电子探针化学测年电子探针化学定年方法最早是由日本Suzuki等(1991a)提出的,他们对日本的变质岩、花岗岩、沉积岩中的独居石、锆石等矿物的U,Th,Pb 含量进行测量计算,并与放射性元素(Th,U)衰变理论相结合,形成独特的电子探针化学测年技术,解决了许多地质问题, 此技术的应用立即引起了世界许多地质工作者的极大兴趣。

主要用途电子探针又称微区X射线光谱分析仪、X射线显微分析仪。

其原理是利用聚焦的高能电子束轰击固体表面，使被轰击的元素激发出特征X射线，按其波长及强度对固体表面微区进行定性及定量化学分析。

主要用来分析固体物质表面的细小颗粒或微小区域，最小范围直径为1μm左右。

分析元素从原子序数3(锂)至92(铀)。

绝对感量可达10-14至10-15g。

近年形成了扫描电镜—显微分析仪的联合装置，可在观察微区形貌的同时逐点分析试样的化学成分及结构。

广泛应用于地质、冶金材料、水泥熟料研究等部门。

功能及特色电子探针可以对试样中微小区域（微米级）的化学组成进行定性或定量分析。

可以进行点、线扫描（得到层成分分布信息）、面扫描分析（得到成分面分布图像）。

还能全自动进行批量（预置9999测试点）定量分析。

由于电子探针技术具有操作迅速简便（相对复杂的化学分析方法而言）、实验结果的解释直截了当、分析过程不损坏样品、测量准确度较高等优点，故在冶金、地质、电子材料、生物、医学、考古以及其它领域中得到日益广泛地应用，是矿物测试分析和样品成分分析的重要工具。

工作原理分析电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。

由莫塞莱定律可知，各种元素的特征X射线都具有各自确定的波长，通过探测这些不同波长的X射线来确定样品中所含有的元素，这就是电子探针定性分析的依据。

而将被测样品与标准样品中元素Y的衍射强度进行对比，就能进行电子探针的定量分析。

当然利用电子束激发的X射线进行元素分析，其前提是入射电子束的能量必须大于某元素原子的内层电子临界电离激发能。

技术支持电子光学系统该系统为电子探针分析提供具有足够高的入射能量，足够大的束流和在样品表面轰击殿处束斑直径近可能小的电子束，作为X射线的激发源。

为此，一般也采用钨丝热发射电子枪和2-3个聚光镜的结构。

电子探针显微分析电子探针显微分析（Electron Probe Microanalysis，简称EPMA）是一种用于材料分析的先进技术。

它结合了扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，简称SEM）和能谱仪，能够提供高分辨率的成分分析和元素分布图像。

电子探针显微分析的原理是利用电子束和样品之间的相互作用。

首先，电子束通过集束系统聚焦到样品表面，与样品发生相互作用。

这些相互作用包括：在样品表面产生的次级电子、背散射电子和散射电子。

次级电子是从样品表面弹出的电子，背散射电子是从样品内部产生的电子，散射电子是从相互作用点散射出的电子。

次级电子和背散射电子是电子显微镜的常规成像信号，这部分信号可以用来获得样品的表面形貌和显微结构。

而散射电子则包含了样品的化学信息，通过能谱仪可以对这些散射电子进行能谱分析，获得样品的元素组成。

电子探针显微分析既可以定性分析材料中的元素，也可以定量分析元素的含量。

电子探针显微分析在材料科学、地质学、环境科学等领域广泛应用。

它可以对金属、陶瓷、半导体、岩石等各种材料进行分析。

在材料科学研究中，电子探针显微分析可以用于分析材料中的微观缺陷、晶体结构和化学成分。

在地质学研究中，它可以用于分析岩石样品中的矿物成分和地球化学元素分布。

在环境科学研究中，它可以对大气颗粒物、水体中的溶解物等进行化学成分分析。

除了成分分析，电子探针显微分析还可以进行元素的显微分布分析。

通过调整电子束的扫描区域和扫描速度，可以获得样品中元素的分布图像。

这些图像可以用来研究材料的相分离、溶质迁移和化学反应等过程。

总之，电子探针显微分析是一种强大的材料分析工具。

它提供了高分辨率、高灵敏度的成分分析和元素分布图像，对于研究材料的结构和性质具有重要意义。

未来，随着技术的不断进步，电子探针显微分析将在更多领域展示其潜力和应用价值。

电子探针的结构原理与应用一、什么是电子探针电子探针是一种用于探测、测量和操纵微观尺度物体或表面特征的纳米级工具。

它由纳米尖端构成，可以实现高分辨率的表面形貌和材料特性的观测、分析和操作。

电子探针在纳米科学、纳米技术、材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用。

二、电子探针的主要结构原理电子探针主要由三个部分组成：探测器、控制器和图像系统。

1. 探测器探测器是电子探针的核心部分，它用于感测物体表面的形貌和特性。

常见的探测器包括扫描隧道显微镜探针（STM probe）、原子力显微镜探针（AFM probe）等。

•扫描隧道显微镜探针（STM probe）利用量子隧穿效应，在离物体表面极近的距离内实现原子分辨率的表面形貌和电子态的测量。

•原子力显微镜探针（AFM probe）利用探针与物体表面之间的相互作用力，通过探测力的变化来测量物体的形貌和材料特性。

2. 控制器控制器是用来控制探测器对物体进行测量和操作的部分。

它通常由一台计算机和相关的软件组成。

控制器可以实现探针在三维空间内的精确定位和移动，并通过控制电压、电流等参数来调节探针与物体之间的相互作用力。

3. 图像系统图像系统用于显示和记录探测器获取的数据，并提供对数据进行处理、分析和处理的功能。

常见的图像系统包括显示器、打印机、数据处理软件等。

三、电子探针的应用领域电子探针在科学研究、工业生产和医疗健康等领域有着广泛的应用。

1. 纳米科学和纳米技术电子探针在纳米科学和纳米技术领域中起着至关重要的作用。

它可以实时观测纳米材料的生长过程，研究纳米材料的物理、化学以及电子特性，对纳米材料的结构进行精确调控。

此外，电子探针还可以用于制备纳米器件、纳米传感器，推动纳米技术的发展。

2. 材料科学和工程电子探针在材料科学和工程领域中广泛应用于材料表面形貌的观测和材料性能的评估。

它可以对材料进行高分辨率的成像，揭示材料的微观结构和纳米级缺陷，帮助研究人员优化材料的性能，并加速材料的研发和工业化生产。

电子行业 11 电子探针分析1. 简介在电子行业中，探针是一种常用的测试工具。

它可以用来检测电路中的信号或是检测电子设备的性能。

在本文中，我将介绍电子行业中常见的电子探针以及它们的应用。

2. 电子探针类型2.1 空气探针空气探针是一种常见的电子探针。

它通常由金属尖头和手柄组成，用于接触电路中的信号。

空气探针可以通过触点接收电路中的信号，并将其传输到测试仪器中进行分析。

空气探针常用于测量电路中的电压、电流和频率等参数。

2.2 刚性探针刚性探针是另一种常见的电子探针。

与空气探针不同，刚性探针使用硬的金属尖头来接触电路中的信号。

刚性探针通常用于测量小尺寸电子元件或者在封装较为复杂的电路上进行精确的测量。

刚性探针的尖头通常非常细小，可以准确地进行信号接触。

2.3 逻辑分析探针逻辑分析探针是一种特殊的电子探针，用于分析数字电路中的信号。

逻辑分析探针通常通过引脚或者针脚连接到电路的输出端口上，然后将信号传输到逻辑分析仪进行分析。

逻辑分析探针可以用于检测和分析电路中的高低电平、时序以及通信协议等。

2.4 海绵探针海绵探针是一种特殊的电子探针，其尖头以海绵的形式设计。

海绵探针通常用于敏感的电子元器件测量，可以减少尖头对电路的损伤。

海绵探针的尖头通常非常柔软，可以适应不同形状的元器件。

3. 电子探针的应用3.1 电路测试电子探针常用于电路测试中。

通过使用电子探针，我们可以轻松地检测电路中的信号，并将其传输到测试仪器中进行分析。

电子探针的使用可以帮助我们发现电路中的故障，并准确地测量电路的性能。

3.2 元器件测量电子探针可以用于精确测量元器件的参数。

例如，我们可以使用刚性探针来测量电阻、电容和电感等元器件的数值。

通过测量这些参数，我们可以准确地了解元器件的性能。

3.3 信号分析逻辑分析探针可以用于分析数字电路中的信号。

通过使用逻辑分析探针，我们可以了解电路中的高低电平、时序以及通信协议等。

这对于开发和调试数字电路非常有用。

电子探针的测量原理是电子探针是一种常用的表面化学分析工具，它利用电子与物质的相互作用原理，通过对材料表面进行扫描和探测，得到样品的表面形貌信息以及元素组成和分布情况。

电子探针主要包括电子显微镜（SEM）和扫描电子显微镜（SEM）两种类型。

电子探针的测量原理主要基于以下几个方面：1. 康普顿散射：当高能电子与物质相互作用时，它们会发生散射。

康普顿散射是一种散射过程，其中电子与物质中的自由电子发生相互作用，从而改变电子的运动方向和能量。

通过测量散射电子的能量和散射角度，可以获得材料中电子的能带结构、晶格参数和原子间距等信息。

2. 透射电子显微镜（TEM）：透射电子显微镜利用电子的波动性质，通过物质内部的透射来对样品进行分析。

电子束穿过样品后，会与样品中的原子进行相互作用，散射出去的电子被收集，并通过荧光屏显示成一幅图像。

通过观察透射电子的衍射图案，可以确定晶体结构和晶胞参数。

3. 荧光X射线：当电子束与样品相互作用时，样品中的原子会吸收能量并重新辐射出来。

其中一部分辐射是以荧光X射线的形式发射出来的。

通过测量荧光X 射线的能谱，可以确定样品中的化学元素以及它们的含量和分布。

4. 俄歇电子能谱（AES）：俄歇电子能谱是一种基于能级跃迁的分析技术。

当高能电子与物质碰撞时，会将其中一部分能量转移到样品表面的原子或分子。

这些原子或分子会吸收能量并将其通过电离或激发的方式重新辐射出去。

通过测量这些重新辐射出来的俄歇电子的能量，可以获得样品表面的元素组成和化学状态信息。

综上所述，电子探针的测量原理是基于电子与物质相互作用的原理进行的。

通过测量电子的散射、透射、荧光X射线以及俄歇电子等参数，可以获得样品的表面形貌、晶格结构、元素组成和化学状态等信息。

这些信息对于材料科学、表面化学和纳米科学等领域具有重要的研究和应用价值。

第六章电子探针显微分析【教学内容】1.电子探针仪的构造和工作原理2.波谱仪与能谱仪的比较3.电子探针仪的分析方法及其应用【重点掌握内容】电子探针仪的分析方法与应用【教学难点】定量分析的基本原理。

电子探针（Electron Probe Microanalysis-EPMA）的主要功能就是进行微区成分分析。

它是在电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器。

其原理是：用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析特征X射线的波长（或能量）可知元素种类；分析特征X射线的强度可知元素的含量。

X射线的特征波长镜筒和样品室EDS），用来测定X波长分散谱仪（波谱仪WDS）1．工作原理已知电子束入射样品表面产生的X射线是在样品表面下一个um量级乃至纳米量级的作用体积发出的，若该体积内含有各种元素，则可激发出各个相应元素的特征X线，沿各向发出，成为点光源。

在样品上方放置分光晶体，当入射X波长 、入射角 、分光晶体面间距d之间满足2dsinθ = λ时，该波长将发生衍射，若在其衍射方向安装探测器，便可记录下来。

由此，可将样品作用体积内不同波长的X射线分散并展示出来。

上述平面分光晶体使谱仪的检测效率非常低，表现在：固定波长下，特定方向入射才可衍射；处处衍射条件不同；要解决的问题是：分光晶体表面处处满足同样的衍射条件；实现衍射束聚焦把分光晶体作适当的弹性弯曲，并使X射线源、弯曲晶体表面和检测器窗口位于同一个园周上，就可以达到把衍射束聚焦的目的。

该园称为聚焦园，半径为R。

X线。

实际中使用的谱仪布置形式有两种：直进式波谱仪：X射线照射分光晶体的方向固定，即出射角Ψ保持不变，聚焦园园心O不动，分光晶体和检测器在聚焦园的园周上以1：2的角速度转动，以这种波谱仪结构较直进式简单，但出射方向改变很大，在表面不平度射线在样品内行进的路线不同，往往会造成分析上的误差如图示，分光晶体位置沿直线运动时晶体本身产生相应的转动，从而使θ和λ满足Bragg 条件。