表面成分分析方法(ppt).ppt

第二篇 表面成分分析方法 电子探针X射线显微分析（简称电子探针显微分析）（Electron Probe Microanalysis，简称EPMA）是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析，它特别适用于分析试样中微小区域的化学成分，因而是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法。 电子探针镜筒部分的结构大体上和扫描电子显微镜相同，只是在检测器部分使用的是X射线谱仪，专门用来检测X射线的特征波长或特征能量，以此来对微区的化学成分进行分析。 5-1 电子探针显微分析的特点 电子探针的应用范围越来越广，特别是材料显微结构－工艺－性能关系的研究，电子探针起了重要作用。电子探针显微分析有以下几个特点： 一. 显微结构分析 二. 元素分析范围广 三. 定量分析准确度高 四. 不损坏试样、分析速度快 现在电子探针均与计算机联机，可连续自动进行多种方法分析，并自动进行数据处理和分析，对含10种元素以下的试样定性、定量分析，新型电子探针在30min左右可以完成，如果用EDS 进行定性、定量分析，几分钟即可完成。对表面不平的大试样进行元素面分析时，还可以自动聚焦分析。 电子探针分析过程中一般不损坏试样，试样分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分析测试，这对于文物、古陶瓷、古硬币及犯罪证据等的稀有试样分析尤为重要。 五. 微区离子迁移研究 多年来，还用电子探针的入射电子束注入试样来诱发离子迁移，研究了固体中微区离子迁移动力学、离子迁移机理、离子迁移种类、离子迁移的非均匀性及固体电解质离子迁移损坏过程等，已经取得了许多新的结果。 5-2 电子探针仪的构造和工作原理 一、电子探针的仪器构造 电子探针的主要组成部份为: 1.电子光学系统 2.X射线谱仪系统 3.试样室 4.电子计算机 5.扫描显示系统 6.真空系统等 1. 电子光学系统 电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、消像散器和扫描线圈等。其功能是产生一定能量的电子束、足够大的电子束流、尽可能小的电子束直径，产生一个稳定的X 射线激发源。 （a）电子枪 电子枪是由阴极（灯丝）、栅极和阳极组成。它的主要作用是产生具有一定能量的细聚焦电子束(探针)。从加热的钨灯丝发射电子，由栅极聚焦和阳极加速后，形成一个10μm～100μm交叉点（Crossover)，再经过二级会聚透镜和物镜的聚焦作用，在试样表面形成一个小于1μm 的电子探针。电子束直径和束流随电子枪的加速电压而改变，加速电压可变范围一般为1～30kV。 （b）电磁透镜 电磁透镜分会聚透镜和物镜，靠近电子枪的透镜称会聚透镜，会聚透镜一般分两级，是把电子枪形成的10μm－100μm 的交叉点缩小1－100 倍后，进入试样上方的物镜，物镜可将电子束再缩小并聚焦到试样上。为了挡掉大散射角的杂散电子，使入射到试样的电子束直径尽可能小，会聚透镜和物镜下方都有光阑。 二、X 射线谱仪 常用的X射线谱仪有两种： 一种是利用特征X射线的波长不同来展谱，实现对不同波长X射线分别检测的波长色散谱仪，简称波谱仪（Wavelength Dispersive Spectrometer，简称WDS） 另一种是利用特征X射线能量不同来展谱的能量色散谱仪，简称能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，简称EDS）。 1、波谱仪（WDS）的结构和工作原理 X射线波谱仪的谱仪系统——也即X射线的分光和探测系统是由分光晶体、X射线探测器和相应的机械传动装置构成. 分光和探测原理 X射线的分光和探测原理: 特征X 射线就能看成具有固定波长的电磁波，不同元素就对应不同的特征X 射线波长，如果不同X 射线入射到晶体上，就会产生衍射，根据Bragg公式： 可以选用已知面间距d的合适晶体分光，只要测出不同特征射线所产生的衍射角2θ，就可以求出其波长λ，再根据公式就可以知道所分析的元素种类，特征X 射线的强度是从波谱仪的探测器(正比计数管)测得。根据以上原理制成的谱仪称为波长色散谱仪(WDS)。 如果我们把分光晶体作适当地弹性弯曲，并使射线源、弯曲晶体表面和检测器窗口位于同一个圆周上，这样就可以达到把衍射束聚焦的目的。 聚焦圆 下图是两种X射线聚焦的方法。第一种方法称为约翰(Johann)型聚焦法（图a），虚线圆称为罗兰圆（Rowland circle）或聚焦圆，是一种近似的聚焦方式。另一种改进的聚焦方式叫做约翰逊(Johansson)型聚焦法，也叫做完全聚焦法（图b）。 回转式波谱仪和直进式波谱仪 在电子探针中，一般点光源S不动，改变晶体和探测器的位置，达到分析检测的目的。根据晶体及探测器运动方式，可将谱仪分为回转式波谱仪和直进式波谱仪等。 回转式波谱仪 聚焦圆的中心O固定，分光晶体和检测器在圆周上以