扫描电镜微区成分技术讲课.ppt

扫描电镜微区成分分析技术 扫描电镜的成分分析技术是20世纪70年代发展起来的，并在各个科学领域得到广泛应用。该项技术打破了扫描电镜只作为形态结构观察仪器的局限性，使形态观察与样品的化学元素成分分析结合起来，从而大大地扩展了它的研究能力。与传统的化学和物理分析相比，它具有如下优点: 1.可以分析小于1μm的样品中的元素。 2.能在微观尺度范围内同时获得样品的形貌、组成分析及其分布形态等资料，为研究样品形态结构、组成元素提供了便利。 3.分析操作迅速简便，实验结果数据可靠，而且可用计算机进行处理。 4.可对样品进行非破坏性分析。 微区成分分析是指在物质的微小区域中进行元素鉴定和组成分析,被分析的体积通常小于1μm3 ,相应被分析物质的质量为10-12 g数量级。 如果应用从物质中所激发出的特征X射线来进行材料的元素分析，则这种分析称为X射线分析技术。该技术可分为X射线波谱分析法(WDS,X射线能谱分析(EDS)和X射线荧光分析法(XFS) 三种，其中WDS和EDS适宜进行微区的元素分析，因此这两种分析方法又称为X射线显微分析技术。 从电子光学仪器的发展历史来看，最早作为元素分析的专用仪器称为电子探针(EPMA)，它以波谱分析法为基础;其后随着扫镜电镜的发展，为了适应其工作的特点，又以能谱分析法作为X射线元素分析的基础。 在扫描电镜的各种成分分析技术中，X射线元素分析法的分析精度最高(原子序数大于11的元素分析误差约1%左右)，因此这种成分分析技术应用最广。 电子探针的工作原理 莫塞莱（Mosely）定律 高能电子束入射样品表面激发产生的特征X射线具有特征波长和特征能量，其波长的大小、能量的高低遵循莫塞莱定律，即： v1/2=R(Z-σ) （1） λ=C/v （2） ε=hv （3） 式中，v为X射线的频率；Z为原子序数；R、σ为常数，且σ约等于1；C为X射线的速度；h为普朗克常数；λ为特征X射线的波长；ε为特征X射线的能量。 电子探针X射线显微分析仪简称电子探针（EPMA-Electron probe micro-analyzer ，检测的信号是特征X射线 由莫塞莱定律可见，特征X射线的波长、能量取决于元素的原子序数，只要知道样品中激发出的特征X射线的波长（或能量），就可以确定试样中的待测元素，元素含量越多，激发出的特征X射线强度越大，故测量其强度就可确定相应元素的含量。电子探针就是依据这个原理对样品进行微区成分分析的。 电子探针的结构其镜筒部分与扫描电镜相同，即由电子光学系统和样品室组成。所不同的是电子探针有一套检测特征X射线的系统-X射线谱仪。若配有检测特征X射线特征波长的谱仪称为电子探针波谱仪（WDS-Wavelength Dispersive Spectrometer ）。若配有检测特征X射线特征能量的谱仪称为电子探针能谱仪（EDS-Energy Disperse Spectroscopy）。除专门的电子探针外，大部分电子探针谱仪都是作为附件安装在扫描电镜或透射电镜上，与电镜组成一个多功能仪器，以满足微区形貌、晶体结构及化学组成的同位同时分析的需要。 布拉格衍射定律 假如有一块晶体，已知其平行于晶体表面的晶面间距为d，对于不同波长λ的X射线只有在满足一定的入射条件（入射角θ）下，才能发生强烈衍射，即： 2dsinθ=nλ (n=1,2,3…) 若忽略n1的高级衍射的干扰，对于任意一个特定的入射角θ，只有一个确定的波长λ满足衍射条件。若连续地改变θ角，则可以在与入射方向成2θ角的相应方向上接收到各种单一波长的X射线信号，从而展示适当波长范围内的全部X射线谱，这就是波谱仪波长分散的基本原理。 X射线波谱分析 一、波谱仪的基本原理和分析特点 1.原理 X射线波谱分析法的基本原理依据的是莫塞莱定律，只要鉴定出样品被激发出的特征X射线的波长λ，就可以确定被激发的物质中所含有的元素。 为了确定从试样上所激发出的特征X射线谱的波长，通常在靠近样品的地方放一个晶体检测器，其中装有晶面间距d为已知的晶体作为分析晶体。当电子束打在样品上，激发出来的各种特征x射线的波长以一定角度θ照射到分析品体时，只有满足布拉格定律λ=2dsinθ，波长λ的特征X射线才会发生衍射。式中d已知，并且是固定不变的。因此，可以通过测量角θ求出特征X射线的波长λ 。从而确定出试样所含的