分析方法 第十一章.ppt

6．1定性分析 定性判据━━峰位决定于被测元素的原子序数及非弹性散射所涉及的电子层，应选择强度高的特征谱线作为检测线 按Moseley定律： 信息的波长（λ）或频率（ν）是随Z而变化的，是特征的，可以作为成分分析的依据 要确认一个元素的存在，至少应该找到两条谱线，以避免干扰线的影响而误认。 要区分哪些峰是来自样品的，哪些峰是由X射线管特征辐射的散射而产生的。 如果样品中所含的元素的原子序数很接近，则其荧光波长相差甚微，就要注意波谱是否有足够的分辨率把间隔很近的两条谱线分离。 6．2定量分析 非弹性散射是产生特征X射线的基础，按非弹性散射原理： 当σj给定后，产生的特征X光子数（或强度）与被测元素数量相关 Zj------j内层电子数 bj------决定于电子层的系数（K层为0.33， L层为0.25) Ij-------j层电子结合能 (1)计算法 样品内元素发出的荧光X射线的强度应该与该元素在样品内的原子分数成正比. 直接从散射截面σj、跃迁几率及修正方法来进行计算。该方法理论上可行，但常因缺乏完整的数据库而难于准确. (2)外标法 在实验条件严格不变时，通过选取合理标样，与被测试样在相同条件（激发和接收条件）下进行测定。以样品中待测元素的某谱线强度，与标样中已知含量的这一元素的同一谱线强度相比较，来校正或测定样品中待测元素的含量。作出相对强度与元素A百分含量之间的关系曲线，即定标曲线 定量修正-------ZAF修正方法 原子序数修正（Z） 吸收修正（A） 荧光修正（F） w 6．3状态分析 本章重点 能谱仪的构造和工作原理 波谱仪的构造和工作原理 WDS和EDS的成分分析模式及应用 作业 波谱仪和能谱仪各有什么优缺点？ 要在观察断口形貌的同时，分析断口上粒状夹杂物的化学成分，选用什么仪器？用怎样的操作方式进行具体分析？ X射线显微分析方法，由于X射线的接收是通过一个铍制的窗口，铍窗对X射线存在吸收，能量小于约1keV的X射线基本上被吸收而探测不到而Z小的元素本身的X射线产额很低，因此普通的铍窗口探测器只能探测原子序数Z≥11（钠）的元素 为能分析低Z的元素，1980年代以来国际上开发了所谓的无窗口探测器和极薄窗口探测器，或用对低能X射线吸收小的材料（如BN薄膜）制备窗口，可以对Z≥5（硼）的元素进行定性定量分析 * 第十一章 X射线光谱分析 1. 电子探针仪 2. 能谱仪 3. 波谱仪 4. WDS和EDS成分分析模式及应用 5. 波谱仪与能谱仪的比较 6. X射线光谱分析及应用 作为现代扫描电镜和透射电镜的常规附件，借助电子显微镜电子枪的电子束工作。 但也有专门利用能谱仪或波谱仪进行成分分析的仪器，它使用微小的电子束轰击样品，称这种仪器为电子探针X射线显微分析仪（EPMA）。 类似地有离子探针，用离子束轰击样品表面，使之产生X射线，得到元素组成的信息。 1. 电子探针仪 信息的特征性（特征X射线） 基于聚焦电子束对被测原子内壳层电子的非弹性散射后发生的辐射跃迁（产生特征X射线），其能量是电子跃迁前后所处能级的差值。 电子的能级结构决定于原子，是特征的。 因此，辐射的波长或能量也是特征的，具有指纹性。 所辐射的特征谱频率由下式计算： ?????? 进一步写成?????????????????????? R 称里德伯常数 莫塞莱定律 图谱的形成 电子探针（ Electron Probe icroanalysis，EPMA） 包括 X 射线波长分散谱仪 （ Wavelength-Dispersive Spectrometers，WDS） X射线能量色散谱仪 （Energy-Dispersive Spectrometers，EDS） 其工作原理和主要部件基本相似 2．能谱仪 能量色散谱仪的结构 能量色散谱仪主要由Si(Li)半导体探测器、多道脉冲高度分析器以及脉冲放大整形器和记录显示系统组成。 若半导体探头中每激发一对电子－空穴对所需能量为Ej，则一个能量为h?的X光子可激发的电子－空穴对数目为n 这些电子-空穴对在外加电场的作用下行成一个电脉冲， 即可输出一个与h?能量相应的脉冲信号，脉冲高度正比于光子能量 半导体探测器需解决的问题 问题1：由于产生的电子－空穴对平均寿命很短（～10-8sec），电子－空穴 对很快会复合，因而很难定量地转换为脉冲信号 解决方法：在半导体探头上加一个很高的反向电压（～103V/cm），使p-n结处的阻挡层（因自建场而引起的空间电荷层）加宽至几厘米量级，以形成一个强电场区 问题2：在高电场（反向电场）作用下，半导体中存在的极少量缺陷或杂质会在高电场下引起击穿。只有超高纯和无缺陷半导体材料才能胜任，这对材料要求极高，很难达到 解决方法： Si（L