電子探針顯微分析 (2)ppt課件

1、第五章 電子探針顯微分析5.2 電子探針顯微分析電子探針Electron Probe Microanalysis-EPMA的主要功能是進(jìn)展微區(qū)成分分析。它是在電子光學(xué)和X射線光譜學(xué)原理的根底上開展起來的一種高效率分析儀器。 其原理是：用細(xì)聚焦電子束入射樣品外表，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長或能量可知元素種類；分析特征X射線的強(qiáng)度可知元素的含量。其鏡筒部分構(gòu)造和SEM一樣，檢測(cè)部分運(yùn)用X射線譜儀，用來檢測(cè)X射線的特征波長波譜儀和特征能量能譜儀，以此對(duì)微區(qū)進(jìn)展化學(xué)成分分析。 5.2.1 電子探針的分析原理和構(gòu)造分為三大部分：鏡筒、樣品室、和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。 鏡筒和樣品室部分與SE

2、M一樣。信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是X射線譜儀，對(duì)微區(qū)進(jìn)展化學(xué)成分分析；波長分散譜儀或波譜儀WDS，用來測(cè)定特定波長的譜儀；能量分散譜儀或能譜儀EDS，用來測(cè)定X射線特征能量的譜儀電子光學(xué)系統(tǒng)根本一樣，不同之處電子探針電子光學(xué)系統(tǒng)根本一樣，不同之處電子探針多了光學(xué)顯微鏡多了光學(xué)顯微鏡5.2.2 X射線譜儀 電子束轟擊樣品將產(chǎn)生特征X射線，不同的元素有不同的X射線特征波長和能量。 經(jīng)過鑒別其特征波長或特征能量就可以確定所分析的元素。 利用特征波長來確定元素的儀器稱為波長色散能譜儀WDS，利用特征能量的就稱為能量色散譜儀EDS。1. 波譜儀構(gòu)造及任務(wù)原理分光晶體分光晶體1) 知電子束入射樣品外表可激發(fā)出各個(gè)相應(yīng)

3、元素的特征x線，沿各向發(fā)出，成為點(diǎn)光源。2) 在樣品上方放置分光晶體，當(dāng)入射X波長、入射角、分光晶面子間距d之間滿足2dsin =時(shí)，該波長將發(fā)生衍射，假設(shè)在其衍射方向安裝探測(cè)器，便可記錄下來。波譜點(diǎn)分析結(jié)果 上述平面分光晶體使譜儀的檢測(cè)效率非常低，表如今： 固定波長下，特定方向入射才可衍射 處處衍射條件不同 要處理的問題是： 分光晶體外表處處滿足同樣的衍射條件 實(shí)現(xiàn)衍射束聚焦 把分光晶體作適當(dāng)?shù)膹椥詮澢⑹筙射線源、彎曲晶體外表和檢測(cè)器窗口位于同一個(gè)圓周上，就可以到達(dá)把衍射束聚焦的目的。該圓稱為聚焦圓，半徑為R。 此時(shí)，假設(shè)晶體的位置固定，整個(gè)分光晶體只搜集一種波長的X射線，從而使這種單色

4、X射線的衍射強(qiáng)度大大提高。 Johansson型聚焦法：衍射晶面外表的曲率半徑為R，即晶體外表磨制成和聚焦圓相合。全聚焦法 顯然，只需改動(dòng)晶體在聚焦圓的位置，即可改動(dòng)入射角，從而可探測(cè)不同波長的X線。 1分光晶體及彎曲的聚焦作用2波譜儀的方式 兩種方式：回轉(zhuǎn)式和直進(jìn)式直進(jìn)式波譜儀：X射線照射分光晶體的方向固定，即出射角堅(jiān)持不變，聚焦圓圓心O改動(dòng)，這可使X射線穿出樣品外表過程中所走的道路一樣，也就是吸收條件相等。 如圖示，分光晶體位置沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)晶體本身產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使和滿足Bragg條件。 在O1圓上 L1 點(diǎn)光源和分光晶體間隔，在儀器上讀取 R 知，可求得 ，即可求得1 111sin2

5、dRRL直進(jìn)式波譜儀中在進(jìn)展定點(diǎn)分析時(shí)，只需把間隔L從小變大，就可在某些特定位置測(cè)到特征波長信號(hào)，經(jīng)處置后可在熒光屏或X-Y記錄儀上把譜線描畫出來。 由于構(gòu)造上的限制，L不能太長。普通在1030cm范圍。 在聚焦圓R=20cm的情況下，那么約在150650之間變化。可見一個(gè)分光晶體可以覆蓋的波長范圍是有限的，也只能測(cè)定某一原子序數(shù)范圍的元素。 要測(cè)定Z = 4-92范圍的元素，那么必需運(yùn)用幾塊晶面間距不同的晶體，因此，一個(gè)譜儀中經(jīng)常裝有2塊分光晶體可以互換，一臺(tái)電子探針儀上往往裝有26個(gè)譜儀，幾個(gè)譜儀一同任務(wù)可以同時(shí)測(cè)定幾個(gè)元素。2. 能譜儀構(gòu)造和任務(wù)原理利用不同元素利用不同元素X射線光子特征

6、能量不同特點(diǎn)進(jìn)展成分分析射線光子特征能量不同特點(diǎn)進(jìn)展成分分析 任務(wù)過程X射線能譜圖射線能譜圖橫坐標(biāo) 能量縱坐標(biāo) 強(qiáng)度計(jì)數(shù)3. 能譜儀和波譜儀的比較具有以下優(yōu)點(diǎn)與波譜儀相比具有以下優(yōu)點(diǎn)與波譜儀相比 1) 能譜儀探測(cè)能譜儀探測(cè)X射線的效率高。其靈敏度比波譜儀射線的效率高。其靈敏度比波譜儀高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。2) 在同一時(shí)間對(duì)分析點(diǎn)內(nèi)一切元素在同一時(shí)間對(duì)分析點(diǎn)內(nèi)一切元素X射線光子的能射線光子的能量進(jìn)展測(cè)定和計(jì)數(shù)，在幾分鐘內(nèi)可得到定性分析量進(jìn)展測(cè)定和計(jì)數(shù)，在幾分鐘內(nèi)可得到定性分析結(jié)果，而波譜儀只能逐個(gè)丈量每種元素特征波長。結(jié)果，而波譜儀只能逐個(gè)丈量每種元素特征波長。 3) 構(gòu)造簡單，穩(wěn)定性

7、和重現(xiàn)性都很好由于無機(jī)構(gòu)造簡單，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性都很好由于無機(jī)械傳動(dòng)械傳動(dòng) 4) 不用聚焦，對(duì)樣品外表無特殊要求，適于粗糙不用聚焦，對(duì)樣品外表無特殊要求，適于粗糙外表分析。外表分析。 當(dāng)特征能量E的X射線光子由Si(Li)檢測(cè)器搜集時(shí)，在Si(Li)晶體內(nèi)將激發(fā)出一定數(shù)目的電子空穴對(duì)。假定產(chǎn)生一個(gè)空穴對(duì)的最低平均能量為固定的，那么由一個(gè)光子呵斥的空穴對(duì)數(shù)目為： ENN 一個(gè)X射線光子呵斥的空穴電子對(duì)的數(shù)目 產(chǎn)生一個(gè)空穴對(duì)的最低平均能量E 特征能量由此可見，由此可見，E越大，越大，N就越大就越大 具有以下缺陷和缺乏：1) 分辨率低：Si(Li)檢測(cè)器分辨率約為150eV；波譜儀分辨率為5-10eV

8、 2) 能譜儀中因Si(Li)檢測(cè)器的鈹窗口限制了超輕元素的丈量，因此它只能分析原子序數(shù)大于11的元素；而波譜儀可測(cè)定原子序數(shù)從4到92間的一切元素。 3) 能譜儀的Si(Li)探頭必需堅(jiān)持在低溫態(tài)，因此必需時(shí)時(shí)用液氮冷卻。 5.2.3 電子探針的分析方法和運(yùn)用一是定點(diǎn)分析，即對(duì)樣品外表選定微區(qū)作定點(diǎn)的全譜掃描，進(jìn)展定性或半定量分析，并對(duì)其所含元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)展定量分析；二是線掃描分析，即電子束沿樣品外表選定的直線軌跡進(jìn)展所含元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的定性或半定量分析；三是面掃描分析，即電子束在樣品外表作光柵式面掃描，以特定元素的X射線的信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制陰極射線管熒光屏的亮度，獲得該元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的掃描圖像。 電子探針X射線波譜儀及能譜分析有三種根本的任務(wù)方法： 以下圖給出了ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相與基體定點(diǎn)成分分析結(jié)果，可見析出相t相Y2O3含量低，而基體(c相)Y2O3含量高，這和相圖是相符合的。 ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相與基體的定點(diǎn)分析(圖中數(shù)字為Y2O3mol%) 以下圖給出BaF2晶界限掃描分析的例子，圖(a)為BaF2晶界的形貌像和線掃描分析的位置，圖(b)為O和Ba元素沿圖(a)直線位置上的分布，可見在晶界上有O的偏聚。 BaF2