中国科学技术大学：理化科学实验课件（讲义）电子探针

电子探针

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电子探针简介·电子探针显微分析仪（ElectronProbeMicroAnalyzer，EPMA）是一种微区成分分析的仪器，可以认为它是扫描电镜和XRF的结合体。即在扫描电镜的基础之上添加了XRF的分光系统和检测系统，而XRF中的光源（X光管）用SEM中的电子束代替，实现电子束激发X射线荧光并进行检测。一次电子聚焦园探测器背散射电子检测器①背散射电子(BackScatteredElectron)X光管第二狭缝X射线检测器次电子检测器③特征X射续③二次电子光子(SecondaryElectron)分光晶体1狄缝②吸收电子品Electron)(Absorbed电子束激发x射线荧光X射线激发X射线荧光

电子探针简介 • 电子探针显微分析仪（ Electron Probe Micro Analyzer，EPMA）是一种微 区成分分析的仪器，可以认为它是扫描电镜和XRF的结合体。即在扫描电镜 的基础之上添加了XRF的分光系统和检测系统，而XRF中的光源（X光管）用 SEM中的电子束代替，实现电子束激发X射线荧光并进行检测。 电子束激发X射线荧光 X射线激发X射线荧光

EPMA与XRF相比1.优点：由于电子探针本身就是一台扫描电镜，因此在XRE的基本功能上，还能实现微区操作以及SEM拍照以及EDS功能。2.缺点：在大样品的整体成分测定，以及部分不耐电子束辐照的样品检测方面不如XRF。另外，XRF可以实现更大功率检测。CENTERXRF-1800EPMA-8050G

EPMA与XRF相比 1. 优点：由于电子探针本身就是一台扫描电镜，因此在XRF的基本功能上，还 能实现微区操作以及SEM拍照以及EDS功能。 2. 缺点：在大样品的整体成分测定，以及部分不耐电子束辐照的样品检测方 面不如XRF。另外，XRF可以实现更大功率检测。 EPMA-8050G XRF-1800

EPMA与SEM相比1.优点：成分检测方面功能远超扫描电镜的EDS，因此电子探针能进行更为精准的定性及定量分析。2.缺点：成像是劣势。一般好的场发射EPMA放大倍数不超过5OK倍，但好的场发射SEM能轻松达到500K倍。GeminiSEM500oGeminiSEM500EPMA-8050G

EPMA与SEM相比 1. 优点：成分检测方面功能远超扫描电镜的EDS，因此电子探针能进行更为 精准的定性及定量分析。 2. 缺点：成像是劣势。一般好的场发射EPMA放大倍数不超过50K倍，但好的 场发射SEM能轻松达到500K倍。 GeminiSEM 500 EPMA-8050G

电子探针结构1.电子光学系统：电子枪、电磁透镜、扫描线圈、消像散器、二次电子和背散射电子探测器。基本同SEM。2.分光系统：分光晶体谱仪，基本同XRF。3，检测系统：闪烁计数器、流气正比计数器，基本同XRF

电子探针结构 1.电子光学系统：电子枪、电磁透镜、扫描线圈、消像散 器、二次电子和背散射电子探测器。基本同SEM。 2.分光系统：分光晶体谱仪，基本同XRF。 3.检测系统：闪烁计数器、流气正比计数器，基本同XRF

电子光学系统·电子束入射与X光入射都能激发特征X射线，但二者的穿透深度不同。1.电子束入射的穿透深度仅却决于样品以及加速电压。2.X光入射的穿透深度取决于样品、X光管各项参数(I=AiZV2。例：Cu靶X射线的Ka特征波长约为0.15nm，其在固体中的穿透厚度一般在0.1~10um之间

电子光学系统 • 电子束入射与X光入射都能激发特征X射线，但二者的穿 透深度不同。 1. 电子束入射的穿透深度仅却决于样品以及加速电压。 2. X光入射的穿透深度取决于样品、X光管各项参数 （ I=AiZV2 ）。 例：Cu靶X射线的Ka特征波长约为0.15 nm，其在固体 中的穿透厚度一般在0.1~10μm之间

电子光学系统入射电子3020.1md俄款电子（Z<10埃）二次电子（Z<100块）2.3m3:6m样品：铀（U)p=19.1g/cm特征文时线2F连续辐射样品：铭（AI)荧光辆射P=2.71g/cmKossel指射电子做射广度Re电究加速电压为30KV时，电子束在AI样和U样的X射线发射广度Rx扩散区域图：（图中3.6um及0.14um为扩散距电子束各类穿透深度示意图离，8.2um及2.3um为电子束作用范围的大小）

电子光学系统 加速电压为30KV时，电子束在Al样和U样的 扩散区域图：（图中3.6μm及0.14μm为扩散距 电子束各类穿透深度示意图 离，8.2μm及2.3μm为电子束作用范围的大小）

·除了穿透深度方面的差异外，电子束与X光在辐照方面也有差异。除去强度的影响，电子束相比光更容易让不稳定样品变性

• 除了穿透深度方面的差异外，电子束与X光在辐照方面也有差异。 除去强度的影响，电子束相比X光更容易让不稳定样品变性

分光系统电子束入到样品上时，会产生特征X射线，特征X射线经分光晶体分光聚焦后，被检测器接收。分光晶体1.测试时，样品和检测器在罗兰圆上“移动”，根据2dsino=n入，以及样品所处位置产生的衍射角和分光晶体的d值，就能计算出特征X射线的波长。特征波长对应元素种类，检测器计数值对应元素含量。狭缝2.WDS与EDS不同之处在于，EDS是产生的所有特征X射样品线直接进入检测器，而WDS是经分光后，符合条件的特罗兰圆征X射线进入检测器。检测器3.不同d值的分光晶体适用于不同种类的元素。一般配备多个分光晶体以实现全元素检测

分光系统 电子束入到样品上时，会产生特征X射线，特征X 射线经分光晶体分光聚焦后，被检测器接收。 1. 测试时，样品和检测器在罗兰圆上“移动”，根据 2dsinθ=nλ，以及样品所处位置产生的衍射角θ和分光晶 体的d值，就能计算出特征X射线的波长。特征波长对应 元素种类，检测器计数值对应元素含量。 2. WDS与EDS不同之处在于，EDS是产生的所有特征X射 线直接进入检测器，而WDS是经分光后，符合条件的特 征X射线进入检测器。 3. 不同d值的分光晶体适用于不同种类的元素。一般配备多 个分光晶体以实现全元素检测

Johan（约翰）型晶体几何Johansson（约翰逊）型晶体几何将分光晶体弯曲成两倍于聚焦圆曲率半径（2R），然后将其表面磨至曲率2R2R半径R，这种聚焦方式称为Johannsson全聚焦，此时X射线的计数率高，分辨半聚焦全聚焦率和灵敏度高。低灵敏度与高灵敏度与低分辨率高分辨率

将分光晶体弯曲成 两倍于聚焦圆曲率 半径（2R），然后 将其表面磨至曲率 半径R，这种聚焦方 式称为Johannsson 全聚焦，此时X射线 的计数率高，分辨 率和灵敏度高