电子探针EPMA课件.ppt

1.1 EPMA 概述 电子探针X射线显微分析仪(Electron probe X-ray microanalyser , EPMA )的简称为电子探针。 电子探针利用0.5μm－1μm的高能电子束激发分析试样，通过电子束与试样相互作用产生的特征X射线、二次电子、吸收电子、 背散射电子及阴极荧光等信息来分析试样的微区内(μm范围内)成份、形貌和化学结合状态等特征。 1.1.1 电子探针的发展历史及发展趋势 1932年在柏林由Knoll和Ruska研制出第一台电子显微镜 1939年西门子（Siemens）第一台透射电镜（TEM）商品 1949年castaing用TEM改装成一台电子探针样机 1951年 6 月，Castaing 在其博士论文中，提出了EPMA定量分析的基本原理。 1956 年由法国 CAMECA公司制成商品EPMA。 1960 年扫描型电子探针商品问世。且改善分光晶体，使元素探测范围由Mg12扩展至Be4。 二十世纪70 年代开始，电子探针和扫描电镜的功能组合为一体，同时应用计算机控制分析过程和进行数据处理。 二十世纪80年代后期，电子探针具有彩色图像处理和图像分析功能，计算机容量扩大，使分析速度和数据处理时间缩短。 二十世纪90年代中期，电子探针的结构，特别是波谱和样品台的移动有新的改进，编码定位，通过鼠标可以准确定波谱和样品台位置。 现有EPMA主要生产厂家和产品：1、日本岛津公司EPMA—1720 2、日本电子公司JXA-8200 3、法国CAMECA公司SXFiveFE EPMA发展趋势 向更自动化、操作更方便、更微区、更微量、功能更多的方向发展。 彩色图像处理和图像分析功能会更完善，定量分析结果的准确度会提高，特别是对超轻元素(Z10)的定量分析方法将会逐步完善。 1.1.2 电子探针仪器的分析特点 1.微区性、微量性：几个立方μm范围能将微区化学成分与显微结构对应起来。而一般化学分析、 X射线荧光分析及光谱分析等，是分析样品较大范围内的平均化学组成，也无法与显微结构相对应,不能对材料显微结构与材料性能关系进行研究。 2.方便快捷：制样简单，分析速度快。 3.分析方式多样化：可以连续自动进行多种方法分析，如进行样品X射线的点、线、面分析等。自动进行数据处理和数据分析。 4.应用范围广：可用于各种固态物质、材料等。 4. 元素分析范围广：一般从铍(Be4)——铀(Ｕ92)。因为H和He原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进行电子探针成分分析。锂(Li) 虽然能产生X 射线，但产生的特征X 射线波长太长，通常无法进行检测，电子探针用大面间距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元素。 5. 不损坏样品：样品分析后，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稀有样品分析尤为重要。 6. 定量分析灵敏度高：相对灵敏度一般为（0.01－0.05）wt%，检测绝对灵敏度约为10-14g，定量分析的相对误差为(1—3)%。 7. 一边观察一边分析：对于显微镜下观察的现象，均可进行分析。 电子探针应用领域：广泛应用于材料科学、矿物学、冶金学、犯罪学、生物化学、物理学、电子学和考古学等领域。对任何一种在真空中稳定的固体，均可以用电子探针进行成份分析和形貌观察。 1.2 电子探针的基本原理 1.2.1 电子与物质的相互作用 1.2.2 电子探针定性分析原理 1.2.3 电子探针定量分析原理 1.2.1 电子与物质的相互作用 图1 电子与物质交互作用产生的主要信息 1. 二次电子 　 入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50eV电子统称为二次电子，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。 二次电子及二次电子像 　 当入射电子与样品相互作用时，入射电子与核外电子发生能量传递，一般几至几十个电子伏特。如果核外电子所获得的能量大于其临界电离能，则该电子可脱离原子成为自由电子，如果这些自由电子离样品表面很近，而且其能量大于相应的逸出能，则可能从样品表面逸出而成为二次电子。二次电子像是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种像衬度。因为二次电子信号主要来处样品表层5－10nm的深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，而对微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。 2. 背散射电子及背散射电子像 背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子