安徽理工大学：《现代分析技术》课程教学课件（讲义）03 电子探针-能谱仪、波谱仪

g ⑨专瓶班工大坐 电子探针X射线显微分析(EPMA) 口PA的构造与SEM大体相似，只是增加了接收记录X射线的诺仪。 材料科学与工程学院 。PMA使用的X射线语仪有波仪和能仪两类。 第三章电子探针 王庆平 一、能谱仪 位全为 计整电席☐ 叶我本风一区粉减参 大☐-为 图10-17电子探针结构示意图 图10-18S1(心)检测器探头结构示意图 口以5山)测器为探头的能请仪实际上是一整套复杂的电子学装 SiL能谱仪的优点： 压 口()分析速度快能仪可以同时接受和检测所有不同能量的X射线光 信号， -10 X制线收集立体角大由于能仪中SU)头可以放 10m左右)： 此外 、编来天导 图10-19Si()X射线能谱仪

X EPMA p EPMA的构造与SEM大体相似，只是增加了接收记录X射线的谱仪。 p EPMA使用的X射线谱仪有波谱仪和能谱仪两类。 图10-17 电子探针结构示意图 p 能谱仪全称为能量分散谱仪(EDS)． p 目前最常用的是Si(Li)X射线能谱仪，其关键部件是Si(Li)检测器， 即锂漂移硅固态检测器，它实际上是一个以Li为施主杂质的n-i-p型 二极管。 图10-18 Si(Li)检测器探头结构示意图 p 以Si(Li)检测器为探头的能谱仪实际上是一整套复杂的电子学装 置。 图10-19 Si(Li)X射线能谱仪 Si(Li) p (1)分析速度快 能谱仪可以同时接受和检测所有不同能量的X射线光 子信号，故可在几分钟内分析和确定样品中含有的所有元素，带铍窗 口的探测器可探测的元素范围为11Na~92U，20世纪80年代推向市场 的新型窗口材料可使能谱仪能够分析Be以上的轻元素，探测元素的范 围为4Be~92U。 p (2)灵敏度高 X射线收集立体角大。由于能谱仪中Si(Li)探头可以放 在离发射源很近的地方(10㎝左右)，无需经过晶体衍射，信号强度几 乎没有损失，所以灵敏度高(可达104cps/nA，入射电子束单位强度所 产生的X射线计数率)。此外，能谱仪可在低入射电子束流(10-11A)条 件下工作，这有利于提高分析的空间分辨率。 p (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 波谱仪 。请仪全称为波长分散仪(WDS). 是样晶面的作用体积中不 （5e学件要严格 波谱仪的特点： 能谱议和波谱仪的谱线比较 ·盟费代产是装长利然来高蓝可格蓝棉 口装袭和虎授法受件这觉婆表素质是：技诗仪库以在任 (a)能谱曲线：(b)波谱曲线 电子探针分析的基本工作方式 验福8鉴靠税8餐紧警器聚。 口皮华宽备分所：界对凭异去装富供经你度的金监：进行定性 ◇ 量赞毅势整经：安军德赛滑样品表面达定的直线机连进行所合元术 扫描分析 Zr0,(Y20)陶瓷析出相与基体的定点分析（图中数字为Y,0,mo1%)

p (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。 p (2)工作条件要求严格。Si(Li)探头必须始终保持在液氦冷却的低温 状态，即使是在不工作时也不能中断，否则晶体内Li的浓度分布状态 就会因扩散而变化，导致探头功能下降甚至完全被破坏。 p 波谱仪全称为波长分散谱仪(WDS)。 p 在电子探针中，X射线是由样品表面以下mm数量级的作用体积中激发 出来的，如果这个体积中的样品是由多种元素组成，则可激发出各个 相应元素的特征X射线。 p 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2q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。 波谱仪的特点： p 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 VKb(0.228434nm)、CrKa1(0.228962nm)和CrKa2(0.229351nm)3根谱线 清晰地分开。 p 但由于结构的特点，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。 p 此外，由于经过晶体衍射后，强度损失很大，所以，波谱仪难以在低 束流和低激发强度下使用，这是波谱仪的两个缺点。 (a)能谱曲线；(b)波谱曲线 p 一是定点分析，即对样品表面选定微区作定点的全谱扫描，进行定性 或半定量分析，并对其所含元素的质量分数进行定量分析； p 二是线扫描分析，即电子束沿样品表面选定的直线轨迹进行所含元素 质量分数的定性或半定量分析； p 三是面扫描分析，即电子束在样品表面作光栅式面扫描，以特定元素 的X射线的信号强度调制阴极射线管荧光屏的亮度，获得该元素质量 分数分布的扫描图像。 p 下图给出了ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相与基体定点成分分析结果，可见 析出相（t相）Y2O3含量低，而基体(c相)Y2O3含量高，这和相图是相 符合的。 ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相与基体的定点分析(图中数字为Y2O3mol%)

“黑6额68 出：样烧结自然表面的面分布分析结果，可以 Preparation of nanotube-shaped TiO,powder 段n

p 下图给出BaF2晶界线扫描分析的例子，图(a)为BaF2晶界的形貌像和 线扫描分析的位置，图(b)为O和Ba元素沿图(a)直线位置上的分布， 可见在晶界上有O的偏聚。 BaF2晶界的线扫描分析 (a)形貌像及扫描线位置；(b)O及Ba元素在扫描线位置上的分布 p 下图给出ZnO-Bi2O3陶瓷试样烧结自然表面的面分布分析结果，可以 看出Bi在晶界上有严重偏聚。 p ZnO-Bi2O3陶瓷烧结表面的面分布成分分析 (a)形貌像；(b)Bi元素的X射线面分布像 Preparation of nanotube-shaped TiO2 powder

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