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电子探针在找矿方面的应用一、电子探针-基本概念电子探针仪是 X射线光谱学与电子光学技术相结合而产生的。
1948年法国的R.卡斯坦制造了第一台电子探针仪。
1958年法国首先制造出商品仪器。
电子探针仪与扫描电子显微镜在结构上有许多共同处。
70年代以来生产的电子探针仪上一般都带有扫描电子显微镜功能，有的还附加另一些附件，使之除作微区成分分析外，还能观察和研究微观形貌、晶体结构等。
用波长色散谱仪（或能量色散谱仪）和检测计数系统，测量特征X射线的波长（或能量）和强度，即可鉴别元素的种类和浓度。
在不损耗试样的情况下，电子探针通常能分析直径和深度不小于1微米范围内、原子序数4以上的所有元素；但是对原子序数小于12的元素，其灵敏度较差。
常规分析的典型检测相对灵敏度为万分之一，在有些情况下可达十万分之一。
检测的绝对灵敏度因元素而异，一般为10-14～10-16克。
用这种方法可以方便地进行点、线、面上的元素分析，并获得元素分布的图象。
对原子序数高于10、浓度高于10％的元素，定量分析的相对精度优于±2％。
电子探针仪主要包括：探针形成系统 (电子枪、加速和聚焦部件等)、X射线信号检测系统和显示、记录系统、样品室、高压电源和扫描系统以及真空系统。
二、电子探针-结构特点电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。
电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。
电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。
电子探针主要由电子光学系统（镜筒），X射线谱仪和信息记录显示系统组成。
电子探针和扫描电镜在电子光学系统的构造基本相同，它们常常组合成单一的仪器。
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。
_扫描电镜与电子探针分析扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和电子探针分析（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）是现代材料科学和纳米技术领域中广泛应用的两种重要分析技术。
本文将分别介绍扫描电镜和电子探针分析的原理、仪器结构和应用。
一、扫描电镜（SEM）扫描电镜是一种基于电子束的显微镜，通过聚焦的电子束对样品表面进行扫描，获得高分辨率的图像。
相比传统光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和更大的深度聚焦能力。
SEM的工作原理如下：1.电子源：SEM使用热阴极电子枪产生的高速电子束。
电子束由一根细丝产生，经过加热后电子从细丝上发射出来。
2.透镜系统：电子束经过电子透镜系统进行聚焦和调节。
透镜系统包括几个电磁透镜，用于控制电子束的聚焦和扫描。
3.样品台：样品台用于固定样品并扫描表面。
样品通常需要涂覆导电性材料，以便电子束可以通过样品表面。
4.探测器：SEM使用二次电子和背散射电子探测器来检测从样品表面散射的电子。
这些探测器可以转化为图像。
SEM可以提供高分辨率的表面形貌图像，并通过电子束的反射和散射来分析样品的成分、孔隙结构和晶体结构等。
其应用广泛，包括材料科学、纳米技术、电子器件等领域。
二、电子探针分析（EDS）电子探针分析是一种基于X射线的成分分析技术，常与扫描电镜一同使用。
EDS可以对样品的元素成分进行快速准确的定性和定量分析。
其工作原理如下：1.探测器：EDS使用一个固态半导体探测器来测量从样品发射的X射线。
当样品受到电子束轰击时，样品中的元素原子被激发并发射出特定能量的X射线。
2.能谱仪：EDS使用能谱仪来分析探测到的X射线，该仪器能够将X 射线能量转换成电压信号，并进行信号处理和分析。
3.能量分辨率：EDS的精度取决于能谱仪的能量分辨率，分辨器的能量分辨率越高，分析结果越准确。
4.谱库：EDS使用事先建立的元素谱库进行定性和定量分析。
电子探针电子探针所谓电子探针是指用聚焦很细的电子束照射要检测的样品表面，用X射线分光谱仪测量其产生的特征X射线的波长和强度。
由于电子束照射面积很小，因而相应的X射线特征谱线将反映出该微小区域内的元素种类及其含量。
显然，如果将电子放大成像与X射线衍射分析结合起来，就能将所测微区的形状和物相分析对应起来(微区成分分析)，这是电子探针的最大优点。
/bbs/redirect.php?fid=22&tid=3788&goto=nextnewset电子探针分析方法子探针分析方法利用电子探针分析方法可以探知材料样品的化学组成以及各元素的重量百分数。
分析前要根据试验目的制备样品，样品表面要清洁。
用波谱仪分析样品时要求样品平整，否则会降低测得的X射线强度。
一定性分析1 点分析用于测定样品上某个指定点的化学成分。
下图是用能谱仪得到的某钢定点分析结果。
能谱仪中的多道分析器可使样品中所有元素的特征X射线信号同时检测和显示。
不像波谱仪那样要做全部谱扫描，甚至还要更换分光晶体。
2 线分析用于测定某种元素沿给定直线分布的情况。
方法是将X射线谱仪（波谱仪或能谱仪）固定在所要测量的某元素特征X射线信号（波长或能量）的位置上，把电子束沿着指定的方向做直线轨迹扫描，便可得到该元素沿直线特征X射线强度的变化，从而反映了该元素沿直线的浓度分布情况。
改变谱仪的位置，便可得到另一元素的X射线强度分布。
下图为50CrNiMo 钢中夹杂Al2O3的线分析像。
可见，在Al2O3夹杂存在的地方，Al的X射线峰较强。
3 面分析用于测定某种元素的面分布情况。
方法是将X射线谱仪固定在所要测量的某元素特征X射线信号的位置上，电子束在样品表面做光栅扫描，此时在荧光屏上便可看到该元素的面分布图像。
显像管的亮度由试样给出的X射线强度调制。
图像中的亮区表示这种元素的含量较高。
下图为34CrNi3Mo钢中MnS夹杂物的能谱面分析图像。
（a）S的面分析像(b) Mn的面分析像二定量分析定量分析时，先测得试样中Y元素的特征X射线强度IY，再在同一条件下测出已知纯元素Y的标准试样特征X射线强度IO。
《材料分析测试技术》试卷（答案）一、填空题：（20分，每空一分）1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。
2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。
3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。
4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。
5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。
6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。
7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。
8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。
二、选择题：（8分，每题一分）1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。
a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。
2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。
a．Co ；b. Ni ；c. Fe。
3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。
a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。
4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。
a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。
5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。
a．球差；b. 像散；c. 色差。
6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。
a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。
7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。
a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。
8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。
a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。
三、问答题：（24分，每题8分）1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一个最佳厚度（t =2.分析型透射电子显微镜的主要组成部分是哪些？它有哪些功能？在材料科学中有什么应用？答：透射电子显微镜的主要组成部分是：照明系统，成像系统和观察记录系统。
第３９卷第２期２０２０年４月电㊀子㊀显㊀微㊀学㊀报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＳｏｃｉｅｔｙＶｏｌ ３９ꎬＮｏ ２２０２０￣０４文章编号:１０００￣６２８１(２０２０)０２￣０２１８￣０６㊀㊀电子探针波谱仪和能谱仪在材料分析中的应用及对比李明辉１ꎬ２ꎬ郜鲜辉１ꎬ吴金金１ꎬ魏慧欣１ꎬ罗慧倩１ꎬ宋武林１ꎬ２∗(华中科技大学１.分析测试中心ꎻ２.材料科学与工程学院ꎬ湖北武汉４３００７４)摘㊀要㊀㊀作为微区分析的有效手段ꎬ电子探针(ＥＰＭＡ)在材料成分的定性㊁定量㊁线分析以及元素面分布的分析方面等有着广泛的应用ꎮ特别是随着技术的不断进步ꎬ场发射型电子探针在同时获得高分辨率的图像和精确的成分分析方面有显著的优势ꎬ为材料分析提供了更多的可能性ꎮ本文以岛津ＥＰＭＡ－８０５０Ｇ型场发射型电子探针在材料分析中的典型应用为例ꎬ结合配备的能谱仪附件ꎬ对利用电子探针波谱仪和能谱仪进行材料的成分分析进行介绍和对比ꎮ另外ꎬＥＰＭＡ－８０５０Ｇ型电子探针配置的背散射电子探测器性能优异ꎬ能够初步观察材料的晶粒取向信息ꎬ可以用来分析和判断ＥＢＳＤ样品的前期制样效果ꎬ进一步扩展了电子探针在材料分析方面的应用ꎮ关键词㊀㊀场发射电子探针ꎻ波谱仪ꎻ能谱仪ꎻ成分分析ꎻ晶粒取向中图分类号:Ｐ５７５ １ꎻＯ６５７ ６１ꎻＯ６５７ ６２ꎻＴＢ３㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣６２８１.２０２０.０２.０１８收稿日期:２０１９－１０－０８ꎻ修订日期:２０１９－１０－３０作者简介:李明辉(１９９０－)ꎬ女(汉族)ꎬ河南人ꎬ工程师ꎬ在读博士.Ｅ￣ｍａｉｌ:ｍｈｌｉ１９９１＠１２６.ｃｏｍ∗通讯作者:宋武林(１９６４－)ꎬ男(汉族)ꎬ湖南人ꎬ教授ꎬ博士研究生导师.Ｅ￣ｍａｉｌ:ｗｕｌｉｎｓ＠１２６.ｃｏｍ㊀㊀电子探针(ＥＰＭＡ)在材料分析方面的优势越来越突出ꎬ可用于样品的表面形貌观察和微区成分分析ꎬ在材料的定性分析㊁定量分析㊁线分析和面分析等方面应用广泛[１－３]ꎮ此外ꎬＥＰＭＡ还可观察样品表面的二次电子像㊁背散射电子像㊁吸收电子像和Ｘ￣Ｒａｙ像等ꎮＥＰＭＡ对块体样品表面要求磨平抛光处理ꎬ可以得到高分辨的背散射电子像ꎬ呈现出微米级甚至纳米级的微观相分布的成分差异现象ꎬ十分有利于分析区域的精确定位和准确分析[４]ꎮ本文所述的电子探针为日本岛津公司生产的场发射型电子探针ＥＰＭＡ－８０５０Ｇꎬ搭载先进的场发射电子光学系统和高性能Ｘ射线谱仪ꎮ图像质量得到大幅度的提升ꎬ且具有卓越的空间分辨率和稳定的大束流ꎬ尤其配备了能谱仪附件进行成分的快速分析ꎮＥＰＭＡ－８０５０Ｇ可实现样品表面微区成分的定性点分析㊁定量点分析㊁线分析和面分析等ꎬ也可对轻元素以及含量较低的元素进行精确检测和分析ꎮ电子探针是目前微区成分分析最有效的工具之一ꎬ广泛应用于金属及合金㊁半导体㊁地质㊁化工㊁能源㊁环境㊁陶瓷㊁玻璃㊁稀土氧化物㊁高分子㊁生物㊁医学㊁考古和刑侦等各领域[５－９]ꎮ电子探针波谱仪的成分分析原理如下:一束细聚焦的电子束轰击样品表面时ꎬ入射电子与样品的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用ꎬ并激发出反应样品形貌㊁结构和成分的各种信号ꎬ如二次电子㊁背散射电子㊁吸收电子㊁阴极发光和特征Ｘ射线等ꎮ波谱仪(ＷＤＳ)利用分光晶体色散特征Ｘ射线的波长来确定不同的元素ꎬ并测定Ｘ射线的强度确定相应元素的含量ꎮ组成样品的元素(原子序数Ｚ)与它产生的特征Ｘ射线波长(λ)有对应关系ꎬ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ꎬ它不随入射电子的能量而变化ꎮＷＤＳ具有四个特点:微区分析㊁元素分析范围宽㊁定量分析的准确度高以及分析中不损坏试样等[１０]ꎮ能谱仪(ＥＤＳ)主要对微区成分进行定性分析ꎬ其原理为电子枪发射出的高能电子束激发样品表面ꎬ产生的一定能量的特征Ｘ射线ꎬ不同元素产生的特征Ｘ射线能量不同ꎬ所以可通过检测不同光子的能量确定元素的种类ꎬ之后根据ＥＤＳ谱图上的峰强度反映出样品中元素含量的高低[１１]ꎮ通常ＥＤＳ定性点分析的速度较快ꎬ本文所述的ＥＤＡＸＯｃｔａｎｅＳｕｐｅｒ型能谱仪在１０~３０ｓ之内就可得出材料的成分信息ꎮ而ＷＤＳ需要切换谱仪系统到合适的分光晶体ꎬ之后分光晶体在罗兰圆的方向上做回转运动得到㊀第２期李明辉等:电子探针波谱仪和能谱仪在材料分析中的应用及对比㊀㊀全谱信息ꎬ整个定性分析过程通常至少需要几分钟的时间ꎮＥＤＳ对中等浓度的元素可得到良好的分析精度ꎬ但对 痕量 元素㊁轻元素和有重叠峰存在时的分析其精度不高ꎮＥＤＳ获得全谱的速度快ꎬ做点分析时非常方便ꎬ但做线分析和面分析的效果不如ＷＤＳ[１２]ꎮ和ＷＤＳ的谱峰相比ꎬＥＤＳ的谱峰较宽ꎬ峰背比相对较小ꎬ因此探测灵敏度就差些ꎮ特别是对于低含量元素和超轻元素的分析ꎬＷＤＳ的峰背比高ꎬ对低含量元素的分析明显优于ＥＤＳꎮ通常ꎬＥＤＳ的浓度检测极限要比ＷＤＳ大１０倍ꎮ此外ꎬＥＤＳ的能量分辨率差ꎬ超轻元素的Ｋ谱线附近有大量重元素的Ｌ㊁Ｍ及Ｎ系谱线的干扰ꎮ虽然随着技术的进步ꎬＥＤＳ在谱线处理方面已取得很大进展ꎬ但由于对Ｍ系之后的谱线重叠系数的计算仍比较困难ꎮ低能区的背景也较难估计ꎬ所以对低含量和超轻元素的分析仍较困难[１３]ꎮ本文通过电子探针波谱仪和配备的能谱仪附件对材料进行微区分析ꎬ介绍两者在点分析和面分析方面的分析特点ꎬ并通过测试数据进行对比ꎮ通常ꎬ微区成分分析的步骤如下:首先通过能谱仪快速获得材料中未知相的成分ꎬ然后利用波谱仪进行点分析可以进一步确定未知相的成分信息ꎮ对于某一微区成分可进行精确定量分析ꎬ在此暂不赘述ꎮ通过线分析或者元素面分布图可得到各元素在某一区域内的分布情况ꎮ此外ꎬ利用ＥＰＭＡ－８０５０Ｇ型电子探针卓越的背散射探头可清晰地观察样品的背散射电子图像以及晶粒取向信息ꎮ１㊀实验本文中所用材料为丝状的钨合金ꎮ样品制备过程如下:首先ꎬ将钨丝通过热镶嵌包埋进黑色树脂中进行固化ꎻ然后依次使用３００＃㊁６００＃㊁１０００＃的砂纸磨平样品表面ꎻ最后ꎬ分别使用９μｍ和３μｍ的高级金刚石悬浮液对钨丝样品进行抛光ꎬ从而得到表面平整的样品进行后续的成分分析ꎮ本文所述的使用ＥＰＭＡ－８０５０Ｇ进行定性分析以及面分析的加速电压(Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｖｏｌｔａｇｅ)均为１５ｋＶꎬ束流(Ｂｅａｍｃｕｒｒｅｎｔ)均为１００ｎＡꎬ束斑大小(Ｂｅａｍｓｉｚｅ)均为ＭＩＮꎮ２㊀实验结果与讨论２ １㊀ＷＤＳ和ＥＤＳ的定性点分析能力对比本文选取钨丝样品的基体中夹杂的第二相作为分析对象ꎬ分析区域的背散射电子像如图１所示ꎮ使用附件ＥＤＳ进行第二相点分析的谱图结果如图２ａ所示ꎮ而使用ＷＤＳ进行第二相点分析的谱图结果如图２ｂ所示ꎮＥＤＳ和ＷＤＳ的点分析测得的元素种类及其含量定性结果如表１所示ꎮ图１㊀定性分析区域(白色方框内)ꎮＢａｒ＝１μｍＦｉｇ.１㊀Ｔｈｅｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅａ(ｗｈｉｔｅｂｏｘ).表１㊀ＥＤＳ和ＷＤＳ测得分析区域的元素种类及含量结果Ｔａｂｌｅ１㊀ＴｈｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓａｒｅａａｎａｌｙｚｅｄｂｙＥＤＳａｎｄＷＤＳ元素种类ＥＤＳ/(ｗｔ.％)ＷＤＳ/(ｗｔ.％)Ｃ１３ ２０４ ４３Ｏ２１ ７８１５ ６５Ｗ７ ８８３ ２６Ｚｒ５７ １４７０ ８３Ｙ ３ ６８Ｌａ ０ ７１Ｈｆ １ ４３图２和表１的定性分析结果表明ꎬ和ＷＤＳ的四通道全谱分析结果相比ꎬＥＤＳ未检测出第二相中较低含量的元素Ｙ㊁Ｌａ和Ｈｆꎮ这是由于对于低含量元素如Ｌａ和ＨｆꎬＥＤＳ探测的灵敏度较差ꎬ峰背比较低ꎮＥＤＳ的浓度检测极限要比ＷＤＳ大１０倍[１３]ꎮ但对于中等含量的Ｙ元素ꎬＥＤＳ未检出则可能是由于Ｚｒ元素和Ｙ元素的原子序数相邻ꎬ被激发出的Ｘ射线光子能量较为接近ꎬＬα线系的谱峰位置分别为２ ０４２ｅＶ(Ｚｒ)和１ ９２２ｅＶ(Ｙ)ꎬ所以Ｚｒ和Ｙ的特征峰在ＥＤＳ的全谱线中发生重叠ꎬ导致未标出Ｙ元素的特征峰ꎮ此外ꎬＥＤＳ测得Ｃ和Ｏ这两个轻元素的含量和ＷＤＳ的结果差异明显ꎬ这是因为ＥＤＳ能量分辨率不佳ꎬ超轻元素的Ｋ谱线易受到大量的重元素的高次线的干扰造成的ꎮ相比于图２ａ中ＥＤＳ的谱图结果ꎬ图２ｂ中ＷＤＳ测得元素的谱峰较窄ꎬ不同元素的谱峰之间几乎不会重叠ꎮ由于ＷＤＳ的波长分辨率较高ꎬ能够有效地９１２㊀㊀电子显微学报㊀Ｊ.Ｃｈｉｎ.Ｅｌｅｃｔｒ.Ｍｉｃｒｏｓｃ.Ｓｏｃ.第３９卷图２㊀ａ.ＥＤＳ定性分析谱图ꎻｂ.ＷＤＳ定性分析全谱图ꎮＦｉｇ.２㊀ａ.ＴｈｅｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆＥＤＳꎻｂ.ＴｈｅｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｓｐｅｃｔｒｕｍｓｏｆＷＤＳ.区分特征Ｘ射线的能量值比较接近的元素ꎬ避免了ＥＤＳ中经常出现的谱峰重叠而无法准确标定元素的现象ꎮＷＤＳ的全谱中出现了更多级跃迁产生的峰位ꎬ通过识别和对比特征峰可更加精确的判断某一元素存在与否ꎮＷＤＳ的能量分辨率比ＥＤＳ高一个数量级ꎬ而且ＷＤＳ可检测的元素成分含量下限为０ ０１％ꎬ是能谱仪检测下限的１０倍(１/１０)ꎮ因此ꎬ元素含量很低时只能利用波谱仪进行分析ꎬ从而有效避免元素的漏测和误标ꎬ使得到的元素分析结果更加准确可信[１４]ꎮ２ ２㊀ＷＤＳ和ＥＤＳ元素面分析能力对比电子探针ＷＤＳ的元素面分析原理是把波谱仪设置在某一要分析元素的特征Ｘ射线波长位置ꎬ利用电子束扫描附件或样品台移动使电子束在指定区域做面扫描ꎬ逐点记录Ｘ射线的强度得到该元素在指定区域的面分布情况ꎮ面分析可以体现一个区域内某元素的分布情况ꎮ由于ＥＤＳ的能量分辨率低于ＷＤＳꎬ有些含量较低的元素或者浓度差异较小的元素之间的特征Ｘ射线能量差异比较小ꎬ因此０２２㊀第２期李明辉等:电子探针波谱仪和能谱仪在材料分析中的应用及对比㊀㊀图３㊀在图１所示的区域分别利用ＷＤＳ和ＥＤＳ得到的元素面分布图ꎮ其中ꎬａ和ｂ分别是利用ＷＤＳ和ＥＤＳ测得的Ｏ元素的面分布图ꎬ而ｃ和ｄ分别是利用ＷＤＳ和ＥＤＳ测得的Ｚｒ元素的面分布图ꎮＢａｒ＝２μｍＦｉｇ.３㊀Ｅｌｅｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｒｅａｉｎｆｉｇｕｒｅ１ꎬａａｎｄｂｓｈｏｗＯｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎａｌｙｚｅｄｂｙＷＤＳａｎｄＥＤＳｍａｐｐｉｎｇꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬｃａｎｄｄｓｈｏｗＺｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎａｌｙｚｅｄｂｙＷＤＳａｎｄＥＤＳｍａｐｐｉｎｇꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.不能很好地显示出元素的分布差异情况ꎬ特别是当元素含量很低或者原子序数较小的时候ꎬ表现更为明显[３]ꎮ如图３所示ꎬＷＤＳ面分布图分辨率更高ꎬ对元素分布反映更加真实和准确ꎬ分析结果更加可信ꎮ在相同的加速电压下ꎬ对于原子序数较低的Ｏ元素ꎬ虽然其含量较高ꎬ但ＥＤＳ面分布图(图３ｂ)只能大致反映Ｏ元素在分析区域的分布情况ꎬ而无法反应元素分布的细节ꎮ由于ＥＰＭＡ－８０５０Ｇ配备场发射灯丝和高性能的谱仪系统ꎬＷＤＳ面分析结果不仅可以反映微米级别的成分差异ꎬ甚至可以体现出纳米级别的第二相颗粒中的元素分布情况ꎮ对于原子序数和含量都较高的Ｚｒ元素ꎬＷＤＳ测试结果(图３ｃ)和ＥＤＳ测试结果(图３ｄ)比较接近ꎬ但ＥＤＳ面分布结果同样无法精确反映出微区内的成分差异ꎮ在进行元素面分析时ꎬ能谱仪无法清晰地显示出元素的分布差异情况ꎮ特别是当元素的含量很低时ꎬ表现更为明显ꎮ如含量较高的Ｏ元素ꎬＥＤＳ的测试结果还能基本查看元素的分布情况ꎬ但对于含量更低的ＹꎬＥＤＳ的测试结果就基本无法使用ꎮ不仅如此ꎬ对于Ｏ元素而言ꎬ夹杂物中心和边缘的浓度差异可以通过ＷＤＳ的面分布结果来体现ꎬ而ＥＤＳ的面分布图则缺乏更多细节的信息ꎬ具有较低的分辨率ꎮ２ ３㊀晶粒取向初步分析除了成分分析功能之外ꎬＥＰＭＡ－８０５０Ｇ的电子背散射像可以初步观察晶体的取向信息ꎬ同时结合二次电子像分析夹杂物形态ꎬ然后通过ＥＤＳ和ＷＤＳ联用分析未知相的成分及分布特征ꎬ从而对材料的组织和成分有深入地解析ꎬ对材料的全方位分析提供新的思路ꎮ如图４所示ꎬ虽然ＥＰＭＡ未配备ＥＢＳＤ附件ꎬ但钨合金中晶粒的取向信息以及基体中分布的第二相形态及分布特征均由ＥＰＭＡ的背散射电子像清晰地反映出来ꎮ此外ꎬ相比于图ａ和ｂ区域ꎬ图ｃ和ｄ对应的区域中的晶粒和第二相颗粒均较大ꎬ由此可以初步判断不同区域的钨丝变形程度不同ꎮ通过观察样品的晶粒取向信息ꎬ可以为进一步利用扫描电镜配备的ＥＢＳＤ得到精确的取向分析结果提供初步依据ꎮ１２２㊀㊀电子显微学报㊀Ｊ.Ｃｈｉｎ.Ｅｌｅｃｔｒ.Ｍｉｃｒｏｓｃ.Ｓｏｃ.第３９卷图４㊀细丝状钨合金的背散射电子像ꎮＢａｒ＝２μｍＦｉｇ.４㊀ＴｈｅＢＳＥｉｍａｇｅｓｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎａｌｌｏｙ.３ 结论综上所述ꎬ相比于能谱仪ꎬ波谱仪在成分分析方面具有很多优势ꎮ首先在定性分析方面ꎬＷＤＳ的能量分辨率较高ꎬ定性分析能力较强ꎬ可以得到微区的元素种类和成分半定量结果ꎮＷＤＳ能够准确检测出超轻元素和微量元素等ꎬ并能有效区分能谱仪中谱峰易重叠的元素ꎬ避免元素的漏测和误标ꎮ其次在元素面分析方面ꎬＷＤＳ的面分布图分辨率更高ꎬ元素分布特征更加明晰可信ꎮ特别是在元素含量较低或者成分差异较小的微区面分布方面ꎬＷＤＳ的优势更为明显ꎬ面分布图能够反映更多的细节ꎮ此外ꎬ利用ＥＰＭＡ的背散射探头初步分析晶体大小和取向信息ꎬ可作为ＥＢＳＤ测试前的准备工作并初步确认制样效果ꎮＥＰＭＡ在综合分析材料的微区形貌和成分方面优势明显ꎬ可以结合ＥＰＭＡ的二次电子探头和背散射电子探头分析样品的形貌信息ꎬ发现和判断孔隙㊁坑洞㊁夹杂物或者弥散分布相的信息ꎮ正因如此ꎬＥＰＭＡ已成为微区成分分析最强大的手段之一ꎬＷＤＳ和ＥＤＳ的联用使ＥＰＭＡ在材料分析方面的应用更加广泛和深入ꎮ总之ꎬ通过在电子探针上配备能谱仪附件ꎬ使得波谱仪和能谱仪能够联用ꎬ进而完全实现微区成分分析功能ꎮＥＰＭＡ的背散射电子检测器非常灵敏ꎬ能够得到高分辨的背散射电子像ꎬ在不使用ＥＤＳ或者ＷＤＳ的情况下能够分辨和快速判断各种相的分布情况ꎮ因此ꎬ可以利用能谱仪进行成分的快速定性分析ꎬ然后利用波谱仪进行精确定性分析和进一步的定量分析ꎬ最后对元素分布进行线扫描和面扫描获得成分分布信息ꎬ从而实现对微区成分进行全面准确的掌握ꎬ为材料的设计和解析提供思路ꎮ随着技术的发展进步和应用的广泛深入ꎬ电子探针会在材料分析领域发挥更大的作用ꎮ参考文献:[１]㊀ＣＨＥＮＧＨＷꎬＬＥＮＧＢꎬＣＨＥＮＫꎬｅｔａｌ.ＥＰＭＡａｎｄＴＥＭｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｔｅｌｌｕｒｉｕｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆＮｉ－１６Ｍｏ－７Ｃｒ－４Ｆｅｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ[Ｊ].ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ９７:１－７.[２]㊀ＡＧＡＮＧＩＡꎬＰＲＺＹＢＹＬＯＷＩＣＺＷꎬＨＯＦＭＡＮＮＡ.ＴｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｐｐｉｎｇｏｆｐｙｒｉｔｅｆｒｏｍＡｒｃｈｅａｎｇｏｌｄｄｅｐｏｓｉｔｓ￣ＡｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎＰＩＸＥａｎｄＥＰＭＡ[Ｊ].ＮｕｃｌｅａｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｉｎＰｈｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈＢꎬ２０１５ꎬ３４８:３０２－３０６.２２２㊀第２期李明辉等:电子探针波谱仪和能谱仪在材料分析中的应用及对比㊀㊀[３]㊀贾彦彦ꎬ赵同新ꎬ李哲夫.微束分析仪器在金属材料研究中的应用[Ｊ].电子显微学报ꎬ２０１７ꎬ３６(３):２９３－２９９.[４]㊀秦玉娟ꎬ张天付ꎬ胡圆圆ꎬ等.电子探针背散射电子图像在碳酸盐岩微区分析中的意义[Ｊ].电子显微学报ꎬ２０１３ꎬ３２(６):４７９－４８４.[５]㊀ＳＨＯＶＡＬＳ.ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬＡ￣ＩＣＰ￣ＭＳꎬＥＰＭＡａｎｄＲａｍａｎｍｉｃｒｏ￣ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆＩｒｏｎＡｇｅＰｈｏｅｎｉｃｉａｎＢｉｃｈｒｏｍｅｐｏｔｔｅｒｙａｔＴｅｌＤｏｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｃｈａｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ:Ｒｅｐｏｒｔｓꎬ２０１８ꎬ２１:９３８－９５１.[６]㊀ＷＥＩＳＳＹꎬＧＲＩＦＦＩＮＷＬꎬＥＬＨＬＯＵＳꎬｅｔａｌ.ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎＬＡ￣ＩＣＰ￣ＭＳａｎｄＥＰＭＡａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｄｉａｍｏｎｄｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＧｅｏｌｏｇｙꎬ２００８ꎬ２５２(３/４):１５８－１６８.[７]㊀ＭＵＫＨＥＲＪＥＥＡＲꎬＶＥＮＫＡＴＥＳＨＡＳꎬＦＡＲＥＥＤＵＤＤＩＮ.Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｍａｇｎｅｔｉｔｅ￣ａｐａｔｉｔｅｆｒｏｍａｌｂｉｔｉｔｅａｎｄｃａｒｂｏｎａｔｅ￣ｈｏｓｔｅｄＢｈｕｋｉａＧｏｌｄＤｅｐｏｓｉｔꎬＲａｊａｓｔｈａｎꎬｗｅｓｔｅｒｎＩｎｄｉａ￣ＡｎＩＯＣＧ￣ＩＯＡａｎａｌｏｇｕｅｆｒｏｍＰａｌｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｉｃＡｒａｖａｌｌｉＳｕｐｅｒｇｒｏｕｐ:ＥｖｉｄｅｎｃｅｆｒｏｍｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃꎬＬＡ￣ＩＣＰＭＳａｎｄＥＰＭＡｓｔｕｄｉｅｓ[Ｊ].ＯｒｅＧｅｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１７ꎬ９１:５０９－５２９.[８]㊀ＣＨＥＮＧＨＷꎬＬＩＺꎬＬＥＮＧＢꎬｅｔａｌ.ＩｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆａＮｉ－１６Ｍｏ－７ＣｒａｌｌｏｙｉｎＴｅｖａｐｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｕｃｌｅａｒＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１５ꎬ４６７:３４１－３４８.[９]㊀ＤＵＱＵＥＬꎬＧＵＩＭＡＲＡＥＳＦꎬＲＩＢＥＩＲＯＨꎬｅｔａｌ.Ｅｌｅｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅｐｏｌｌｅｎｓｕｒｆａｃｅｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ(ＥＰＭＡ)[Ｊ].ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２０１３ꎬ７５:２９６－３０２.[１０]㊀李斌之.微区分析技术电子探针的原理应用与溯源[Ｊ].计量与测试技术ꎬ２０１１ꎬ３８(３):２６－２８.[１１]㊀柴晓燕ꎬ米宏伟ꎬ何传新.扫描电子显微镜及Ｘ射线能谱仪的原理与维护[Ｊ].自动化与仪器仪表ꎬ２０１８(３):１９２－１９４.[１２]㊀丛者唐ꎬ余静ꎬ魏垂策ꎬ等.扫描电镜/Ｘ射线能谱仪/Ｘ射线波谱仪组合检测射击残留物[Ｊ].分析仪器ꎬ２０１０(１):３４－３７.[１３]㊀徐乐英ꎬ刘志东ꎬ尚玉华.波谱仪与能谱仪性能的比较[Ｊ].分析测试技术与仪器ꎬ１９９９(２):５１－５５.[１４]㊀孙宜强ꎬ张萍ꎬ许竹桃.电子探针波谱仪分析方法及其在钢铁冶金领域的应用[Ｊ].电子显微学报ꎬ２０１３ꎬ３２(６):５２５－５２９.㊀㊀∗㊀ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＥＰＭＡＷＤＳａｎｄＥＤＳｉｎｍａｔｅｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓＬＩＭｉｎｇ￣ｈｕｉ１ꎬ２ꎬＧＡＯＸｉａｎ￣ｈｕｉ１ꎬＷＵＪｉｎ￣ｊｉｎ１ꎬＷＥＩＨｕｉ￣ｘｉｎ１ꎬＬＵＯＨｕｉ￣ｑｉａｎ１ꎬＳＯＮＧＷｕ￣ｌｉｎ１ꎬ２∗(１.ＡｎａｌｙｔｉｃａｌａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒꎬＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７４ꎻ２.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀㊀Ａｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｉｃｒｏ￣ａｒｅａａｎａｌｙｓｉｓꎬＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏ￣Ａｎａｌｙｚｅｒ(ＥＰＭＡ)ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓꎬｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓꎬｌｉｎｅｓｃａｎｎｉｎｇａｎｄｍａｐｐｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ.ＥｓｐｅｃｉａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎＥＰＭＡｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｏｂｔａｉｎｉｎｇｈｉｇｈ￣ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｍａｇｅｓａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｍｏｒｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓｆｏｒｍａｔｅｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ.ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｔｙｐｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｈｉｍａｚｕＥＰＭＡ－８０５０Ｇｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏ￣ａｎａｌｙｚｅｒｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｉｎｍａｔｅｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ.ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ(ＥＤＳ)ꎬｅｌｅｃｔｒｏｎｐｒｏｂｅｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒａｎｄｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓꎬａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ.ＩｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｔｈｅＥＰＭＡ－８０５０Ｇｉｓｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈａｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.ＩｔｃａｎｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｇｒａｉｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌꎬａｎｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＥＢＳＤｓｐｅｃｉｍｅｎ.ＴｈｉｓｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐａｎｄｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＥＰＭＡｉｎｍａｔｅｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀㊀ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎＥＰＭＡꎻＷＤＳꎻＥＤＳꎻｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓꎻｇｒａｉｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ３２２。
实验6 电子探针（能谱仪）结构原理及分析方法一、实验目的与任务1) 结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。
2)选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。
二、电子探针的结构特点及原理电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。
电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。
电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。
本实验这部分内容将参照第十四章，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。
三、实验方法及操作步骤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。
1．实验条件(1) 样品样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。
实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。
(2) 加速电压电子探针电子枪的加速电压一般为3～50kV，分析过程中加速电压的选择应考虑待分析元素及其谱线的类别。
原则上，加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2～3倍。
若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。
同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。
(3) 电子束流特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。
为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需选择大的束流，以提高分析灵敏度。
电子探针实验报告电子探针实验报告引言：电子探针是一种用于研究物质微观结构和性质的重要工具，它通过探测物质中的电子行为来获取有关其性质和组成的信息。
本实验旨在探究电子探针的原理、应用以及实验方法，并通过实际操作来验证其有效性。
一、电子探针的原理电子探针利用电子的波粒二象性以及其与物质的相互作用来获取信息。
其原理主要包括以下几个方面：1. 粒子性：电子作为一种粒子，具有质量和电荷，可以通过加速器获得足够的能量，进而穿透物质表面，与物质内部相互作用。
2. 波动性：电子也具有波动性，其波长与其动能有关。
通过测量电子的波长，可以推断出物质的晶格结构和间距。
3. 散射：电子与物质相互作用时，会发生散射现象。
通过测量散射角度和强度，可以了解物质的成分和结构。
二、电子探针的应用电子探针在材料科学、纳米技术、生物医学等领域具有广泛的应用。
以下是几个常见的应用案例：1. 材料分析：电子探针可以用于分析材料的成分和结构，如金属合金的成分分析、纳米材料的晶格结构分析等。
2. 表面形貌观察：电子探针可以用于观察物质表面的形貌，如纳米材料的形貌观察、生物细胞的表面形态观察等。
3. 薄膜测量：电子探针可以用于测量薄膜的厚度和成分，如薄膜的厚度测量、薄膜中元素分布的分析等。
三、电子探针实验方法本实验使用的电子探针为扫描电子显微镜（SEM），其操作方法如下：1. 样品制备：将待测样品制备成均匀的薄片或粉末，并固定在样品台上。
2. 调节参数：根据样品的性质和实验需求，调节加速电压、束流亮度等参数。
3. 扫描观察：将样品台放入SEM仪器中，通过控制电子束的扫描和探测系统，观察样品表面的形貌和特征。
4. 数据分析：根据SEM的观察结果，进行数据处理和分析，如测量样品尺寸、分析元素分布等。
四、实验结果与讨论本实验选择了一块金属合金样品进行观察和分析。
通过SEM观察，我们发现样品表面存在颗粒状的晶体结构，并且晶体之间存在一定的间隙。
通过测量晶体的尺寸和间距，我们可以推断出该金属合金的晶格结构和成分。
