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第十三章电子探针显微分析§13-1电子探针仪的结构与工作原理§13-2电子探针仪的分析方法及应用

引言电子探针的功能——微区成分分析。电子探针成分分析原理——用细聚焦电子束入射样品外表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〕，即可知样品中所含元素的种类〔定性分析〕；分析X射线的强度，可知样品中对应元素含量的多少〔定量分析〕。

§13-1电子探针仪的结构与工作原理结构：1电子探针的镜筒及样品室和扫描电镜无本质区别，因此常和SEM组合使用。2电子探针分析的信号为样品的特征X射线，其检测系统为X射线谱仪：波谱仪〔WDS〕——测定X射线的特征波长；能谱仪〔EDS〕——测定X射线的特征能量。

图13-1电子探针仪的结构示意图

一.波长分散谱仪〔波谱仪WDS〕1工作原理用细聚焦电子束入射样品外表，激发出样品表面〔约一微米乃至纳米数量级的作用体积〕的特征x射线，利用该x射线在晶面间距d的分光晶体中产生衍射，通过布拉格方程2dsinθ=λ可获知特征波长λ，通过莫塞莱定律可知该波长对应的原子序数〔即定性分析〕，根据衍射强度可获知元素的多少〔定量分析〕。

图13-2分光晶体

聚焦目的：提高X射线收集效率聚焦方法：a约翰(Johann)型聚焦法——ρ=2R，此法为半聚焦法。b约翰逊(Johansson)型聚焦法——ρ=R，为全聚焦法。2聚焦方式

a约翰(Johann)型聚焦法b约翰逊(Johansson)型聚焦法

3收集不同波长X射线的方法思路：变换分光晶体的位置，使θ角发生变化。方法：a直进式波谱仪:X射线照射分光晶体的方向固定，即出射角相同，不同波长的射线穿出样品的吸收条件相同。b回转式波谱仪：聚焦圆圆心不动，分光晶体和检测器在聚焦圆圆周上以1:2的角速度转动。此法吸收条件不同，易因吸收造成误差。

图13-4两种常见的谱仪(a)回转式波谱仪(b)直进式波谱仪

㈡分析方法1波谱仪谱线图例：定点分析谱线图，横坐标为波长，纵坐标为强度。通过波长可确定元素的种类，通过强度可确定元素的含量。

图合金钢(0.62Si，1.11Mn，0.96Cr，0.56Ni，0.26V，0.24Cu)定点分析的谱线图

2波谱仪分析成分时应注意的问题：⑴分析点位置确实定波谱仪上带有光学显微镜，可观察电子束打到样品上的位置，物镜镜片中心有圆孔，以使电子束通过。⑵分光晶体固定后，衍射晶面的面间距不变一个分光晶体能覆盖的波长范围有限，只能分析某一原子序数范围的元素，因此一个谱仪中常装两块晶面间距不同的晶体。而一台电子探针仪常装2~6个谱仪，可以同时测定几个元素。

二.能量分析谱仪〔能谱仪EDS〕㈠工作原理能谱仪是利用不同元素X射线光子的特征能量不同进行成分分析的。能谱分析流程为：电子束特征X射线激发出电子-空穴对电流脉冲电压脉冲多道脉冲高度分析器，分类计数绘制能谱图。

图13-5锂漂移硅谱仪方框图

(a)能谱曲线图能谱仪和波谱仪的谱线比较(b)波谱曲线

如上图：横坐标为特征能量——确定元素种类纵坐标为强度——确定元素的含量

㈡能谱仪成分分析特点1.优点⑴探测X-ray效率高，灵敏度比波谱仪高一个数量级；⑵速度快；⑶能谱仪结构简单，没有机械传动局部，因此稳定性和重复性都很好。⑷能谱仪不必聚焦，因此对样品外表没有特殊要求，适合于粗糙外表的分析工作。

2.能谱仪的缺乏⑴分辨率比波谱仪低，能谱仪的能量分辨率约为160eV，而波谱仪的能量分辨率可达5~10eV。⑵能谱仪中因Si(Li)检测器的铍窗口限制了超轻元素x射线的测量，因此它只能分析原子序数大于11的元素，而波谱仪可测定原子序数从4~92之间的所有元素。⑶能谱仪的Si(Li)探头必须保持在低温状态，因此必须时时用液氮冷却。

§13-2电子探针仪的分析方法及应用定性分析1.定点分析将电子束固定在需要分析的微区上，分析该区化学成分，用波谱分析时可改变分光晶体和探测器的位置，即可得到分析点的X射线谱线；用能谱仪那么几分钟可直接从荧光屏上得到微区内全部元素的谱线。

图不锈钢