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1、4.3 电子探针X射线显微分析,X射线显微分析,X射线能谱仪（EDS）X射线波谱仪（WDS）EDS与 WDS间的比较X射线显微分析在材料科学研究中的应用,X射线能谱仪（EDS）,它时扫描电镜的重要附件之一，利用它可以对试样进行元素定性、半定量和定量分析。其特点是探测效率高，可同时分析多种元素。工作原理,从试样中产生的X射线被Si(Li)半导体检测，得到电荷脉冲信号经前置放大器和主放大器转换放大得到X射线能量成正比的电压脉冲信号厚，送到脉冲处理器进一步放大再经模数转换器转换成数字信号输出。,X射线能谱仪的结构,X射线探测器脉冲处理器模数转换器多道分析器,X射线能谱仪,X射线能谱仪的定性分析,基本
2、概念：,死时间（DT）活时间（LT）分析时间（AT）能量分辨率率 计数率（cps）逃逸峰（escape peak）和峰,X射线能谱仪的定性分析,是将试样各元素的特征X射线峰显示再能谱仪上，按其能量数值确定试样的元素组成。定性分析的一般方法注意事项,1.确定逃逸峰及和峰的能量位置，排除其干扰2.正确使用特征X射线能量数值图标。3.准确判断重叠峰4.判断是否存在弱小谱峰,X射线能谱仪的定量分析,在于确定被测试样中各个组成元素的含量。原理：是将被测未知元素的特征X射线强度与已知标样特征X射线强度相比而得到它的含量。,定量分析的注意事项,选择适当的加速电压收谱记数时间试样中元素的原子序数相差较大时，可
3、根据所需分析精度来确定选择适宜的加速电压和速流。,Si(Li)能谱仪的优点,(1)分析速度快 能谱仪可以同时接受和检测所有不同能量的X射线光子信号，故可在几分钟内分析和确定样品中含有的所有元素，带铍窗口的探测器可探测的元素范围为11Na92U，20世纪80年代推向市场的新型窗口材料可使能谱仪能够分析Be以上的轻元素，探测元素的范围为4Be92U。(2)灵敏度高 X射线收集立体角大。由于能谱仪中Si(Li)探头可以放在离发射源很近的地方(10左右)，无需经过晶体衍射，信号强度几乎没有损失，所以灵敏度高(可达104cps/nA，入射电子束单位强度所产生的X射线计数率)。此外，能谱仪可在低入射电子束
4、流(10-11A)条件下工作，这有利于提高分析的空间分辨率。(3)谱线重复性好。由于能谱仪没有运动部件，稳定性好，且没有聚焦要求，所以谱线峰值位置的重复性好且不存在失焦问题，适合于比较粗糙表面的分析工作。,能谱仪的缺点,(1)能量分辨率低，峰背比低。由于能谱仪的探头直接对着样品，所以由背散射电子或X射线所激发产生的荧光X射线信号也被同时检测到，从而使得Si(Li)检测器检测到的特征谱线在强度提高的同时，背底也相应提高，谱线的重叠现象严重。故仪器分辨不同能量特征X射线的能力变差。能谱仪的能量分辨率(130eV)比波谱仪的能量分辨率(5eV)低。(2)工作条件要求严格。Si(Li)探头必须始终保持
5、在液氦冷却的低温状态，即使是在不工作时也不能中断，否则晶体内Li的浓度分布状态就会因扩散而变化，导致探头功能下降甚至完全被破坏。,X射线波谱仪（Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer WDS）,在电子探针中，X射线是由样品表面以下m数量级的作用体积中激发出来的，如果这个体积中的样品是由多种元素组成，则可激发出各个相应元素的特征X射线。,被激发的特征X射线照射到连续转动的分光晶体上实 现分光(色散)，即不同波长的X射线将在各自满足布拉格方程的2方向上被(与分光晶体以2:1的角速度同步转动的)检测器接收。它可检测微米级区域的成分含量。原子序数从492的所有
6、元素均可分析检出。检测的最小含量为万分之一，波谱仪的分辨率高于能谱仪。,WDS的工作原理,C被测元素i 的质量分数近似值,上式得到的是半定量分析结果误差较大，对上式进行ZAF校正后可得到较精确的定量分析结果,WDS的结构,晶体正比记数器放大器显示记录,波谱仪的特点,波谱仪的突出优点是波长分辨率很高。如它可将波长十分接近的VK(0.228434nm)、CrK1(0.228962nm)和CrK2(0.229351nm)3根谱线清晰地分开。但由于结构的特点，波谱仪要想有足够的色散率，聚焦圆的半径就要足够大，这时弯晶离X射线光源的距离就会变大，它对X射线光源所张的立体角就会很小，因此对X射线光源发射的X射线光量子的收集率也就会很低，致使X射线信号的利用率极低。此外，由于经过晶体衍射后，强度损失很大，所以，波谱仪难以在低束流和低激发强度下使用，这是波谱仪的两个缺点。,能谱议和波谱仪的谱线比较,(a)能谱曲线；(b)波谱曲线,X射线显微分析在材料科学研究中的应用,材料中元素的线分布材料中元素的面分布材料的元素分析,
