材料分析辦法介紹

{企業(yè)管理制度}材料分析辦法介紹紅外吸收光譜1波長（λ）相鄰兩個波峰或波谷之間的直線距離，單位為米（mcm（μm）、納米（nm）。這些單位之間的換算關(guān)系為1m＝102cm＝106μm＝109nm。2v單位時間內(nèi)通過傳播方向某一點的波峰或波谷的數(shù)目，即單位時間內(nèi)電磁場振動的次數(shù)稱為頻率，單位為赫茲（Hz，即s-1），頻率和波長的關(guān)系為3λ每厘米長度內(nèi)所含的波長的數(shù)目，它是波長的倒數(shù)，即Δ＝1/λ,波數(shù)單位常用cm-1來表示。4傳播速度:輻射傳播速度Δ等于頻率v乘以波長λΔ＝vλ頻率無關(guān)，并達到最大數(shù)值，用c表示，c值準確測定為2.99792×1010cm/s5周期T:相鄰兩個波峰或波谷通過空間某固定點所需要的時間間隔，單位為秒（s）。紅外光譜法的特點:（1）特征性高。就像人的指紋一樣，每一種化合物都有自己的特征紅外光譜，所以把紅外光譜分析形象的稱為物質(zhì)分子的“指紋”分析。（2）應(yīng)用范圍廣。從氣析。（3）用樣量少，分析速度快，不破壞樣品。簡正振動的數(shù)目稱為振動自由度個原子在空間都有三個自由度，如果分子由n個原子組成，其運動自由度就有3n3n個運動自由度中，包括3個分子整體平動自由度，3個分子整體轉(zhuǎn)動自由度，剩下的是分子的振動自由度。對于非線性分子振動自由度為3n－6，度是3n－5。例如水分子是非線性分子，其振動自由度=3×3－6=3.（Infraredabsorptionspectroscopy,IR—光譜。紅外光譜在化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用代結(jié)構(gòu)化學(xué)、分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。1產(chǎn)生紅外吸收的條件足兩個條件：（1）輻射光具有的能量與發(fā)生振動躍遷時所需的能量相等；（2）輻射與物質(zhì)之間有偶合作用。計算不飽和度U的經(jīng)驗式為：U=1+n4+1/2(n3-n1)式中n1,n3,和n4分別為分子式中一價，三價和四價原子的數(shù)目。通常規(guī)定雙鍵（C=C、C=O）和飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)的不飽和度為1，三鍵（C≡C、C≡N等）的不飽和度為2，苯環(huán)的不飽和度為4（可理解為一個環(huán)加三個雙鍵）。鏈狀飽和烴的不飽和度為零。指紋區(qū)a確定化合物的細微結(jié)構(gòu)（1）定量分析原理：與其它分光光度法（紫外、可見分光光度法）一樣，紅外光譜定量分IAlg0析是根據(jù)物質(zhì)組分的吸收峰強度來進行的，它的理論基礎(chǔ)是lambert－beer定律。I（2）測量方法：1都是研究分子結(jié)構(gòu)（化學(xué)鍵）的分子振動、轉(zhuǎn)動光譜。2紅外光譜是吸收光譜，拉曼是發(fā)射光譜。3拉曼的頻譜范圍寬10－4500cm－1，紅外的窄200－4000cm－1。4拉曼的激發(fā)波長可以是可見光區(qū)的任一激發(fā)源，因此其色散系統(tǒng)比較簡單，（可見光區(qū)），而紅外的輻射源和接收系統(tǒng)必須放在專門封閉的裝置內(nèi)。5不具有偶極矩的分子，不產(chǎn)生紅外吸收，但可產(chǎn)生拉曼散射。激光拉曼光譜法1％1）處于基態(tài)E1的分子受入射光子h0的激發(fā)，躍遷到受激虛態(tài)E3，而后又回到基態(tài)E1。或者E2的分子激發(fā)到E3’E2撞稱之為瑞利散射，散射光的波數(shù)等于入射光的波數(shù)。2）處于基態(tài)E1的分子受激發(fā)，躍遷到受激虛態(tài)E3，而后又回到基態(tài)E2（而非E1子的能量損失了E2－E1＝h‘Stokes）。散射波的波數(shù)等于0-’3E2E3’E1E2－E1＝h‘Anti－Stokes0＋’斯托克斯散射和反斯托克斯散散統(tǒng)稱為拉曼散射。實際上，反斯托克斯散射的強度比較大，E2數(shù)。紫外可見吸收光譜（UV）紫外-可見吸收光譜法是利用某些物質(zhì)的分子吸收200～800nm光譜區(qū)的輻射來進行分析泛用于有機和無機物質(zhì)的定性和定量測定。1）紫外吸收光譜所對應(yīng)的電磁波長較短，能量大，它反映了分子中價電子能級躍遷情況。主要應(yīng)用于共軛體系（共軛烯烴和不飽和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。（2）由于電子能級改變的同時，往往伴隨有振動能級的躍遷，所以電子光譜圖比較簡單，但峰形較寬。一般來說，利用紫外吸收光譜進行定性分析信號較少。（3用于共軛體系的定量分析，靈敏度高，檢出限低?；驹恚?電子躍遷類型（1）σ→σ*躍遷指處于成鍵軌道上的σ電子吸收光子后被激發(fā)躍遷到σ*反鍵軌道（2）n→σ*躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向σ*反鍵軌道的躍遷（3）π→π*躍遷指不飽和鍵中的π電子吸收光波能量后躍遷到π*反鍵軌道。（4）n→π*躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向π*反鍵軌道的躍遷。電子躍遷類型不同，實際躍遷需要的能量不同，σ→σ*～150nm；n→σ*～200nm；π→π*～200nm；n→π*～300nm。吸收能量的次序為：σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*（1）發(fā)色團分子中能吸收紫外光或可見光的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)叫做發(fā)色團或色基。象C=C、C=O、C≡C等都是發(fā)色團。發(fā)色團的結(jié)構(gòu)不同，電子躍遷類型也不同。（2）助色團有些原子或基團，本身不能吸收波長大于200nm的光波，但它與一定的發(fā)原子或基團叫做助色團。（3）長移和短移：某些有機化合物因反應(yīng)引入含有未共享電子對的基團使吸收峰向長波長移動的現(xiàn)象稱為長移或紅移（redshift），這些基團稱為向紅基團；相反，使吸收峰向短波長移動的現(xiàn)象稱為短移或藍移（blueshift），引起藍移效應(yīng)的基團稱為向藍基團。另外，使吸收強度增加的現(xiàn)象稱為濃色效應(yīng)或增色效應(yīng)（hyperchromiceffect度降低的現(xiàn)象稱為淡色效應(yīng)（hypochromiceffect）。應(yīng)用：物質(zhì)的紫外吸收光譜基本上是其分子中生色團及助色團的特征，而不是整個分子的能完全確定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，還必須與紅外吸收光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜以及其他化學(xué)、物理方法共同配合才能得出可靠的結(jié)論。：利用紫外光譜可以推導(dǎo)有機化合物的分子骨架中是否含有共軛結(jié)構(gòu)體系，如C＝C－C＝C、C＝C－C＝O、苯環(huán)等。利用紫外光譜鑒定有機化合物遠不如利用紅外光譜有效，其他鑒定方法的補充。和碘?？赡苁侵咀逄細浠衔?、胺、腈、醇等不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系的化合物。如果在210～250nmK軛二烯或αβ-260300330nm處有高強度K三個、四個和五個共軛體系存在。如果在260～300nm有中強吸收（ε＝200～1000），則表示有B帶吸收，體系中可能有苯環(huán)存在。如果苯環(huán)上有共軛的生色基團存在時，則ε可以大于10000。如果在250～300nmRn電子的生色基團，如羰基等。（1）與標準物、標準譜圖對照：將樣品和標準物以同一溶劑配制相同濃度溶液，并在同一條件下測定，比較光譜是否一致。（2）吸收波長和摩爾吸收系數(shù)：由于不樣品和標準物是同一物質(zhì)。標準曲線法：配制一系列不同濃度的標準溶液，在λ最佳處分別測定標準溶液的吸光度A，試液的吸光度，并從標準曲線上求得試液的濃度。該法適用于大批量樣品的測定。熒光壽命：去掉激發(fā)光后，分子的熒光強度降到去掉激發(fā)光時熒光強度I0的1/e所需要的時間，稱為熒光壽命，常用表示。如熒光強度的衰減符合指數(shù)衰減的規(guī)律:ItI0e-ktI0是激發(fā)時最大熒光強度，It是時間t時的熒光強度，k是時測得的It為I0的1/e，則是我們定義的熒光壽命。壽命是衰減常數(shù)k的倒數(shù)。事實上，在瞬間激發(fā)后的某個時間，熒光強度達到最大值，然后熒光強度將按指數(shù)規(guī)律下降。從最大熒光強度值后任一強度值下降到其1/e所需的時間都應(yīng)等于。衰減常數(shù)成反比，熒光發(fā)射速率即為單位時間中發(fā)射的光子數(shù)，因此有F1/KF。KF是發(fā)射速率衰減常數(shù)。F表示熒光分子的固有熒光壽命，kF表示熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)。處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會通過一些其它過程(如淬滅和能量轉(zhuǎn)移)(或稱退激過程)壽命降低。躍遷時間是躍遷頻率的倒數(shù)，而壽命是指分子在某種特定狀態(tài)下存在的時間。通過量測壽命，可以得到有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和動力學(xué)方面的信息?？偟膩碚f，天然的熒光生物分子種類很有限，而且熒光強度較弱，為了研究多數(shù)類小分子稱為熒光探針?；疽螅篴.能產(chǎn)生穩(wěn)定的，較強的熒光。b.探針與被研究分子的某一微區(qū)必須有特異性的結(jié)合，而且結(jié)合得比較牢固。C.探針的熒光必須對環(huán)境條件較敏感。D.結(jié)合的探針不應(yīng)影響被研究的大分子的結(jié)構(gòu)和特性。核磁共振氫譜NMR兆赫數(shù)量級可以研究分子結(jié)構(gòu)?；驹恚捍判院耸芊涠l(fā)生躍遷所形成的吸收光譜。是研究分子結(jié)構(gòu)、構(gòu)型構(gòu)象等的（I）有關(guān)。自旋量子數(shù)I值與原子核的質(zhì)量數(shù)A和核電荷數(shù)Z（質(zhì)子數(shù)或原子序數(shù)）有關(guān)。質(zhì)量數(shù)核電荷數(shù)INMR信號電荷分布偶數(shù)偶數(shù)0無均勻偶數(shù)奇數(shù)1,2,3,…有不均勻有均勻1/2奇數(shù)奇數(shù)或偶數(shù)3/2,5/2,…有不均勻核磁共振：在垂直于B0的方向加一個射頻場B1，其頻率為射，當(dāng)E射=h射=⊿E時，自旋核會吸收射頻的能量，由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)（核自旋發(fā)生反轉(zhuǎn)）。信號吸

收

能

量0低場0高場磁場強度與射頻頻率成正比；儀器的射頻頻率越大，磁場強度越大，譜圖分辨率越高。產(chǎn)生NMR條件：（1）I0的自旋核；（2）外磁場B0；（3）與B0相互垂直的射頻場B1EB0掃頻—固定磁場強度，改變射電頻率對樣E1E2品掃描；掃場—固定射電頻率，改變磁場強度對樣品掃描。實際上多用后者?；瘜W(xué)位移的定義：氫核由于在分子中的化學(xué)環(huán)境不同而在不同共振磁場強度下顯示吸收峰，稱為化學(xué)位移。表示方法：Bo規(guī)定：以四甲基硅（TMS）為標準物質(zhì)，其化學(xué)位移為零，根據(jù)其它吸收峰與零點的相對距離來確定化學(xué)位移值。選用TMS(四甲基硅烷)作為標準物質(zhì)的原因?(1)屏蔽效應(yīng)強，共振信號在高場區(qū),絕大多數(shù)吸收峰均出現(xiàn)在它的左邊。(2)結(jié)構(gòu)對稱，是一個單峰。(3)容易回收(b.p低)，與樣品不反應(yīng)、不締合。化學(xué)位移用表示，以前也用表示，與的關(guān)系為：=10-60MHz的儀器上，測得CHCl3與TMS間吸收頻率之差為437HzCHCl3中1H－437107.281066＝＝60106的化學(xué)位移為：03.5NMR譜的結(jié)構(gòu)信息化學(xué)位移積分高度偶合常數(shù)積分曲線:1HNMR譜中的峰面積(peakarea)正比于等價質(zhì)子的數(shù)目;用積分曲線表示峰面積。積分曲線的高度與峰面積成正比關(guān)系。例：乙醇CH3CH2OH3組質(zhì)子的積分曲線高度比為3：2：1影響化學(xué)位移的因素:氫核受到的屏蔽作用越大，峰越在高場出現(xiàn)，δ越小。誘導(dǎo)效應(yīng)；共軛效應(yīng)；各向異性效應(yīng)；VanderWaals效應(yīng)；氫鍵效應(yīng)和溶劑效應(yīng)Y－H中Y的電負性越大，1H周圍電子云密度越低，屏蔽效應(yīng)越小，越靠近低場出峰，δ值越大。拉電子基團：去屏蔽效應(yīng)，化學(xué)位移增大；推電子基團：屏蔽效應(yīng)，化學(xué)位移減小熱分析技術(shù)掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡的簡稱為掃描電鏡，英文縮寫為SEM(ScanningElectronMicroscope)，SEM成像原理與TEM和OM是用細聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過對電子與樣品相互作用產(chǎn)生的各種信息進行收集、處理，從而獲得微觀形貌放大像。SEM7~10nm導(dǎo)電或不導(dǎo)電的試樣不加處理或稍微處理就可以直接放到SEMTEM制樣簡單且圖像更接近于試樣的真實狀態(tài)。⑸可做綜合分析。SEM上裝有WDX或EDX后，在觀察掃電路的p-n結(jié)及器件失效部位的情況。裝上不同類型的試樣臺和檢測器可以直接觀察處于不同環(huán)境（加熱、冷卻、拉伸等）中的試樣顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)的動態(tài)變化過程。作用體積的大小與形狀與入射電子束的加速電壓以及材料的種類有關(guān)。加速電壓越高，作用體積越大；原子序數(shù)越大，作用體積由“梨形”向半球形轉(zhuǎn)變彈性背散射電子——被樣品中原子反射回來的散射角大于90°改變但能量基本不變。彈性背散射電子的能量為數(shù)千eV到數(shù)萬eV。非彈性背散射電子——數(shù)十eV到數(shù)千eV。二次電子——被入射電子轟擊出來的核外電子，通常為外層電子。二次電子信號主要來自樣品表層5~10nm(小于50eV)對于樣品的表面狀態(tài)非常敏感，采用二次電子成像時能有效地顯示試樣表面的微觀形貌。子。二次電子分辨率很高，一般可達到5nm~10nm，SEM的分辨率通常就是二次電子分辨率。透射電子——當(dāng)樣品厚度小于電子有效穿透深度時，穿過樣品而出的那些入射電子。電子包括有能量與入射電子相當(dāng)?shù)膹椥陨⑸潆娮雍透鞣N不同能量損失的非彈性散射電子。有些特征能量損失ΔE失電子進行微區(qū)成分分析——特征能量損失譜（EELS）特征X射線——原子內(nèi)層電子受到激發(fā)后，在能級躍遷過程中直接釋放的具有特征能量和K波長的一種電磁波。(Z)2特征X射線的波長和原子序數(shù)之間服從莫塞萊定律：式中：Z—原子序數(shù)；K、Δ為常數(shù)。原子序數(shù)和特征能量之間存在對應(yīng)關(guān)系，因此，利用這種對應(yīng)關(guān)系可以進行成分分析。用X射線探測器測到了樣品微區(qū)中存在某一特征波長，就可以判斷該微區(qū)中存在相應(yīng)元素。俄歇電子——ΔE使得核外另類型電子能量分散總束流/μA真空度/Pa壽命/h源度/eV直徑發(fā)夾形熱鎢絲30μm31100501.33×10－250100LaB6熱陰極場發(fā)射5～10μm0.3502.66×10-41.33×10-41.33×10-81000＞20005～10nm一個電子電離并逸出樣品表面，稱為俄歇電子。AE50eV~1500eV范圍內(nèi)。俄歇電子來源于樣品表面以下幾個nm（小于2nm），因此只能進行表面化學(xué)成分分析。一個原子中至少要有3個以上電子才能產(chǎn)生俄歇效應(yīng)，因此，鈹是產(chǎn)生俄歇電子的最輕元素。電子光學(xué)系統(tǒng)——束斑直徑，以獲得較高的信號強度和圖象分辨率。⑴電子槍——其作用是利用陰極與陽極燈絲間的高壓產(chǎn)生高能量的電子束。SEM電子槍與TEM相似，只是加速電壓比較低。下表為不同電子槍性能比較。⑵電磁透鏡——其作用是把電子槍的束斑縮小，由原來直徑約50μm縮小到數(shù)nm的細小束斑。SEM一般有3個聚光鏡，前兩個為強磁透鏡，用來縮小電子束束斑直徑。⑶掃描線圈——其作用是提供入射電子束在樣品表面以及陰極射線管內(nèi)電子束在熒光屏上的同步掃描信號。級透鏡強磁場之前就發(fā)生偏轉(zhuǎn)。SEM采用雙偏轉(zhuǎn)線圈以保證方向一致的電子束都能通過透鏡中心射到樣品表面上，當(dāng)電子束進入上偏轉(zhuǎn)線圈（x方向—行掃）時發(fā)生第一次折射，然后在進入下偏轉(zhuǎn)線圈（y方向—幀掃）發(fā)生第二次折射。在樣品上畫出一幀比例圖像。射點位置，稱為角光柵式掃描或搖擺掃描。沖電子束照射樣品后信號的衰減。真空系統(tǒng)——10－2～10－3Pa。之間的最小距離。⑴影響因素子束直徑。②調(diào)制成像信號a、俄歇電子和二次電子——來源于樣品淺表層（俄歇電子:0.5~2nm，二次電子：5~50nm），入射電子束尚未發(fā)生明顯橫向擴展，可以認為俄歇電子和二次電子主要來源的分辨率相當(dāng)于束斑直徑。通常，SEM分辨率即指二次電子分辨率，約5~10nm。b、背散射電子BSE——來源于樣品較深部位，此時入射電子束已經(jīng)發(fā)生明顯橫向擴展。因此，背散射電子像的分辨率比二次電子低，約50～200nm。c、X－射線——來源的深度和廣度比BSE更大，成像分辨率更低。③其它因素：原子序數(shù)——Z越大，電子束橫向擴展越明顯，分辨率下降。b、噪聲干擾、磁場和機械振動等也會降低成像質(zhì)量，使分辨率下降。信號二次電子俄歇電子背散射電子吸收電子特征X射線100～分辨率/nm5～105～1050～200100～10001000SEM/放大倍數(shù)＝分辨率。目前，SEM的分辨率可以達到1nm。上述分辨率為SEM極限分辨率，是在SEM處于最佳工作狀態(tài)下的性能，通常情況下很難達到。⒊景深——示，SEM束斑最小截面圓（P點）經(jīng)過透鏡聚焦后成像于A點，試樣即放大成像于A點所處像平面內(nèi)。景深即試樣沿透鏡軸在A點前后移動仍然聚焦的一段最大距離。設(shè)1點和2點是在保持圖像清晰的前提下，試樣表面移動的兩個極限位置，其間距離即景深Ds。實際上電子束在1點和2點得到的是一個以ΔR0SEM的分辨率——表示樣品表面上兩間距為ΔR0的點剛能被SEM鑒別。由此可見，只要樣品表面高低起伏（如斷口試樣）范圍不超過Ds，在熒光屏上都能成清晰的像。Ds2RR020tan，Δ是控制SEMSEM的末級透鏡焦距很長，Δ很小，因此Ds很大，比一般OM大100～500倍，比TEM大10倍。由于Ds很大，SEM圖像的立體感強，形態(tài)逼真。用SEM觀察斷口試樣具有其它分析儀器無法比擬的優(yōu)點。SEM制樣簡單AuAgC20nmAC紙或膠樣，應(yīng)先宏觀分析確認能夠反映斷口特征的部位，再切割下進行SEM觀察。表面形貌襯度——信號做顯像管調(diào)制信號，可以得到形貌襯度像，如二次電子像。于入射電子束的傾角不同。上顯示亮，反之，則顯示暗，從而在圖像中顯示為形貌襯度像。在SEM中，二次電子檢測器一般安放在于入射束軸線垂直的方向上。入射束與試樣表面法線夾角越大，二次電子產(chǎn)額越多。Δ而導(dǎo)致不同表面特征處SE顯示不同襯度。如圖示。樣品上3個小刻面ABCΔC＞ΔA＞ΔBSE產(chǎn)額isC＞isA＞isB，因此，在熒光屏上C處最亮，A次之，B處最暗。SESE產(chǎn)額雖然很高，但真被檢測到的SE很少，因此圖像上相應(yīng)很暗。SE形貌襯度像特點：①立體感強：由于SE能量低，受檢測器偏壓影響運動軌跡發(fā)生彎曲，致使許多背對檢測器區(qū)域產(chǎn)生的SE電子中有相當(dāng)一部分可通過彎曲軌跡到達檢測器，增大了有效收集立體角，SE信號強度提高，圖像立體感增強，并能較清晰反映出樣品背對檢測——與樣品處的信噪比有關(guān)。一般，樣品處的襯度必須大于噪聲與信號比的5倍，人眼才能分辨。電子探針X射線顯微分析（EPMA）特點：①分析手段簡化，分析時間縮短；②所需樣品少，是一種無損分析方法；③釋譜簡單且不受元素化合狀態(tài)的影響。EPMA學(xué)成分，是研究材料組織結(jié)構(gòu)和元素分布狀態(tài)的極為有用的分析方法。EPMA利用一束聚焦很細且被加速到3～5keV的電子束轟擊樣品上用顯微鏡選定的待分析X射線波長和強度的不同來確定分析區(qū)域中的化學(xué)成分。EPMA可以很方便的分析從4Be到92U之間的元素。EPMA在結(jié)構(gòu)上與SEM相似，只是在檢測器部分使用的是X射線譜儀。常用的譜儀有兩種：利用X射線波長不同來展譜——X射線波譜儀(WDS)X射線能量不同展譜——X射線能譜儀(EDS)。WDS結(jié)構(gòu)與工作原理WDS由譜儀、記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其譜儀系統(tǒng)也即X射線的分光和探測系統(tǒng)是由分光晶體、X射線探測器和相應(yīng)機械傳動裝置構(gòu)成。在EPMA中，X射線由樣品表面以下μm數(shù)量級作用體積中激發(fā)出來的。若樣品由多種元素構(gòu)成，則可激發(fā)相應(yīng)特征X射線照射到分光晶體上實現(xiàn)分光，即不同波長的X射線在各自滿足布拉格方程的角度上被（與分光晶體以2：1角速度同步轉(zhuǎn)動的）檢測器接收。X射線的分光和探測原理羅蘭圓）上，就可以實現(xiàn)對衍射束的聚焦。此時分光晶體只收集一種波長的X射線，提高了衍射線強度。⑵X射線聚焦方法。a、約翰型不完全聚焦法（Johann型）將分光晶體彎曲使其中心部分曲率半徑恰好等于聚焦圓半徑的2倍。當(dāng)X射線源S發(fā)出XABC三點接收的XD處BB能聚焦在D點。這種聚焦方式是一種近似聚焦方式。優(yōu)點：波長（能量）分辨率很高缺①由于結(jié)構(gòu)特點，譜儀要有足夠的色散率則聚焦圓半徑要足夠大，分光晶體離光源距離變大，使得X射線信號的收集率下降，利用率極低。②對X射線的收集需經(jīng)過分光晶體衍射，使得強度損失很大，譜儀難以在低束流和低激發(fā)強度下使用。EDS結(jié)構(gòu)：EDS主要有探測器、前置放大器、脈沖信號處理系統(tǒng)、多道分析器、小型計算機及顯示系統(tǒng)組成。實際上是一套復(fù)雜的電子儀器。工作原理X光子經(jīng)鈹窗進入Si(Li)I區(qū)產(chǎn)生電子—一對電子—空穴對需要3.8eV的能量，因此能量為E的X光子可以產(chǎn)生的電子——空穴對的數(shù)目N＝E/3.8。將電子—射光子能量E多道分析器，按照脈沖幅度的大小進行分類、累計，最終以X射光子線計數(shù)（強度）為縱坐標，以X光子能量為橫坐標顯示在顯像管熒光屏上——X射線能譜。EDS優(yōu)點：①分析速度快——EDS可以同時接收和檢測所有不同能量的X光子信號，在幾X射線收集立體角大——Si(Li)探頭可以放置在離發(fā)射源很近（10cm——EDS糙表面的分析。EDS缺點：①能量分辨率低，峰背比低——由于EDS探頭直接對著樣品，在接收特征X光子的同時也將背散射電子或X射線激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線一起接收，使得特征X射線信號強度提高的同時，背底也相應(yīng)提高，譜線重疊嚴重，譜儀分辨不同能量的特征X射線能EDS能量分辨率約130eVWDS的5eV——Si(Li)探頭必須始終保持在液氮冷卻的低溫狀態(tài)，即使不工作也不能中斷，否則晶體內(nèi)Li的濃度分布狀態(tài)就會因為擴散而變化，導(dǎo)致探頭功能下降甚至完全破壞。WDS和EDS比較:筒的污染。EDS在分析元素范圍、探測極限、分辨率等方面不如WDS，但其分析速度快，可選用較小束流和微細的電子束，對試樣表面要求不如WDS嚴格，特別適合于與SEM配合使用。目前SEM和EPMA可同時配用WDS和EDSSEM—WDS—EDS勢互補。透射電鏡分析與光學(xué)顯微鏡的比較:光學(xué)顯微鏡的分辨率不可能高于200nm速電壓為100KV的電子束的波長是0.0037nm。最小分辨率可達0.002nm左右，因此，獲得很高的放大倍數(shù)150萬倍?？梢垣@得原子象。真空部分：為了保證電子運動，減少與空氣分子的碰撞，因此所有裝置必須在真空系統(tǒng)中，一般真空度為10－2～10－4Pa10－6－10－8Pa左右。可采用機械泵，油擴散泵，分子泵等來實現(xiàn)。目延長電子槍的壽命，增加電子的自由程，減少電子與殘余氣體分子碰撞所引起的散射以及減少樣品污染。新型電鏡均采用機械泵，分子泵系統(tǒng)。樣品制備束是“透明”的。電子束穿透固體樣品的能力主要取決于加速電壓和樣品的物質(zhì)原子序數(shù)。一般來說，加速電壓越高，樣品原子序數(shù)越低，電子束可以穿透樣品的厚度就越大。對于透射電鏡常用的加速電壓100KV，如果樣品是金屬其平均原子序數(shù)在Cr的原子附近，因此適宜的樣品厚度約200納米。聲波分散的方法制備樣品；對于液體樣品或分散樣品可以直接滴加在Cu網(wǎng)上。制備復(fù)型的材料特點：本身必須是“無結(jié)構(gòu)”的（或“非晶體”的），也就是說，為了不干擾對何結(jié)構(gòu)細節(jié)。必須對電子束足夠透明（物質(zhì)原子序數(shù)低）；必須具有足夠的強度和剛度，在復(fù)制過程中最好是分子尺寸較小的物質(zhì)---分辨率較高。塑料－碳二級復(fù)型特點是：在樣品制備過程中不損壞樣品表面，重復(fù)性好，導(dǎo)熱性好。制備方法AC反復(fù)多次清除樣品表面的腐蝕物以及污染物。最后一張AC紙就是需要的塑料一級復(fù)型。層碳，獲得復(fù)合復(fù)型。將復(fù)合復(fù)型剪成直徑3mm膜撈起。經(jīng)干燥后，樣品就可以進行分析了。電子衍射原理：當(dāng)波長為l的單色平面電子波以入射角q照射到晶面間距為d的平行晶面組時，各個晶面的散射波干涉加強的條件是滿足布拉格關(guān)系：2dsinq=nl入射電子束照射到晶體上，一部分透射出去，一部分使晶面間距為d的晶面發(fā)生衍射，產(chǎn)生衍射束。當(dāng)一電子束照射在單晶體薄膜上時，透射束穿過薄膜到達感光相紙上形就可知道其正點陣的情況――電子衍射花樣的標定。Rd=LRd為晶面的晶面間距，λ為入射電子波的波長，L為樣品到底片的距離。可以用于相機常數(shù)的測定，一般用金來進行標定。X射線衍射分析倫琴發(fā)現(xiàn)X射線；勞埃發(fā)展了X射線的衍射理論，奠定了勞埃作為射線衍射學(xué)的開拓者的歷史地位。布拉格定律：nλ=2dsinθ（λ=波長θ=入射角d=晶面間距）；莫塞萊定律:(1/)1/2=Q(Z-)。X射線的本質(zhì)：X射線和可見光一樣，都顯示波粒二象性，故兩者的本質(zhì)是相同的，都會產(chǎn)生干涉、衍射、吸收和光電效應(yīng)等現(xiàn)象，兩者的主要差別于波