电子探针

电子探针可以对试样中微小区域(微米级)的化学组成进行定性或定量分析。可以进行点、线扫描(得到层成分分布信息)、面扫描分析(得到成分面分布图像)。还能全自动进行批量(预置9999测试点)定量分析。由于电子探针技术具有操作迅速简便(相对复杂的化学分析方法而言)、实验结果的解释直截了当、分析过程不损坏样品、测量准确度较高等优点，故在冶金、地质、电子材料、生物、医学、考古以及其它领域中得到日益广泛地应用，是矿物测试分析和样品成分分析的重要工具。

Electron Microprobe，全名为电子探针X射线显微分析仪，又名微区X射线谱分析仪。可对试样进行微小区域成分分析。除H、He、Li、Be等几个较轻元素外，还有U元素以后 的元素以外都可进行定性和定量分析。电子探针的大批量是利用经过加速和聚焦的极窄的电子束为探针，激发试样中某一微小区域，使其发出特征X射线，测定该X射线的波长和强度，即可对该微区的元素作定性或定量分析。将扫描电子显微镜和电子探针结合，在显微镜下把观察到的显微组织和元素成分联系起来，解决材料显微不均匀性的问题，成为研究亚微观结构的有力工具。

1、能进行微区分析。可分析数个μm^3内元素的成分。

2、能进行现场分析。无需把分析对象从样品中取出，可直接对大块试样中的微小区域进行分析。把电子显微镜和电子探针结合，可把在显微镜下观察到的显微组织和元素成分联系起来。

3、分析范围广。Z>4.其中，波谱:Be~U,能谱:Na~U。

该系统为电子探针分析提供具有足够高的入射能量，足够大的束流和在样品表面轰击殿处束斑直径近可能小的电子束，作为X射线的激发源。为此，一般也采用钨丝热发射电子枪和2-3个聚光镜的结构。 为了提高X射线的信号强度，电子探针必须采用较扫描电镜更高的入射电子束流(在10-9-10-7A范围)，常用的加速电压为10-30 KV，束斑直径约为0.5μm。

电子探针在镜筒部分与扫描电镜明显不同之处是由光学显微镜。它的作用是选择和确定分析点。其方法是，先利用能发出荧光的材料(如ZrO2)置于电子束轰击下，这是就能观察到电子束轰击点的位置，通过样品移动装置把它调到光学显微镜目镜十字线交叉点上，这样就能保证电子束正好轰击在分析点上，同时也保证了分析点处于X射线分光谱仪的正确位置上。在电子探针上大多使用的光学显微镜是同轴反射式物镜，其优点是光学观察和X射线分析可同时进行。放大倍数为100-500倍。

电子束轰击样品表面将产生特征X射线，不同的元素有不同的X射线特征波长和能量。通过鉴别其特征波长或特征能量就可以确定所分析的元素。利用特征波长来确定元素的仪器叫做波长色散谱仪(波谱仪)，利用特征能量的就称为能量色散谱仪(能谱仪)。

1、波谱仪

波谱仪的关键在于怎样实现将未知的特征谱线与已知元素Z联系起来?为此设想有一种晶面间距为d的特定晶体(我们称为分光晶体)，当不同特征波长λ的X射线照射其上时，如果满足布拉格条件(2dsinθ=λ)将产生衍射。显然，对于任意一个给定的入射角θ仅有一个确定的波长λ满足衍射条件。这样我们可以事先建立一系列θ角与相应元素的对应关系，当某个由电子束激发的X特征射线照射到分光晶体上时，我们可在与入射方向交成2θ角的相应方向上接收到该波长的X射线信号，同时也就测出了对应的化学元素。只要令探测器连续进行2θ角的扫描，即可在整个元素范围内实现连续测量。

由分光晶体所分散的单一波长X射线被X射线检测器接受，常用的检测器一般是正比计数器。当某一X射线光子进入计数管后，管内气体电离，并在电场作用下产生电脉冲信号。下图示出了电子探针中X射线记录和显示装置方框图。可以看出，从计数器输出的电信号要经过前置放大器和主放大器，放大成0-10V左右的电压脉冲信号，这个信号再送到脉冲高度分析器。

2、能谱仪

来自样品的X光子通过铍窗口进入锂漂移硅固态检测器。每个X光子能量被硅晶体吸收将在晶体内产生电子空穴对。不同能量的X光子将产生不同的电子空穴对数。例如，Fe的Kα辐射可产生1685个电子空穴对，而Cu为2110。知道了电子空穴对数就可以求出相应的电荷量以及在固定电容(1μμF)上的电压脉冲。

多道脉冲高度分析器中的数模转换器首先把脉冲信号转换成数字信号，建立起电压脉冲幅值与道址的对应关系(道址号与X光子能量间存在对应关系)。常用的X光子能量范围在0.2-20.48keV，如果总道址数为1024，那么每个道址对应的能量范围是20eV。X光子能量低的对应道址号小，高的对应道址号大。根据不同道址上记录的X光子的数目，就可以确定各种元素的X射线强度。它是作为测量样品中各元素相对含量的信息。然后，在X-Y记录仪或阴极射线管上把脉冲数与脉冲高度曲线显示出来，这就是X光子的能谱曲线。

电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。

电子探针主要由电子光学系统(镜筒)，X射线谱仪和信息记录显示系统组成。电子探针和扫描电镜在电子光学系统的构造基本相同，它们常常组合成单一的仪器。

电子探针有三种基本工作方式:点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析;线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化;面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。

由莫塞莱定律可知，各种元素的特征X射线都具有各自确定的波长，通过探测这些不同波长的X射线来确定样品中所含有的元素，这就是电子探针定性分析的依据。而将被测样品与标准样品中元素Y的衍射强度进行对比，就能进行电子探针的定量分析。当然利用电子束激发的X射线进行元素分析，其前提是入射电子束的能量必须大于某元素原子的内层电子临界电离激发能。

电子探针又称微区X射线光谱分析仪、X射线显微分析仪。其原理是利用聚焦的高能电子束轰击固体表面，使被轰击的元素激发出特征X射线，按其波长及强度对固体表面微区进行定性及定量化学分析。主要用来分析固体物质表面的细小颗粒或微小区域，最小范围直径为1μm左右。分析元素从原子序数3(锂)至92(铀)。绝对感量可达10-14至10-15g。近年形成了扫描电镜-显微分析仪的联合装置，可在观察微区形貌的同时逐点分析试样的化学成分及结构。广泛应用于地质、冶金材料、水泥熟料研究等部门。

扫描图像波谱仪三台能谱仪一台阴极发光一台, 我们实验室在国家科学技术部和国土资源部的大力支持下,装备有JXA-8800R电子探针分析仪和Link ISIS300能谱仪，阴极发光系统各一台。建成了目前我国国内最先进的电子探针实验室之一。使我们实验室在分析能力上有了较大的提高: (1) 可以定量分析<1μm样品中B-U所有的元素。 (2) 可以观察小至6nm的形态。 (3) 可以进行小至μm量级的图象分析和阴极发光观测与研究。 以上最佳的微区分析能力，再加上我们20-30年在多种学科领域的分析实践，使我们有可能在以下一些方面为您提供最好的技术服务与咨询: 各种材料的成分、结构解析，包括金属材料、电子材料、表面材料、超硬材料、硅酸盐材料、化工材料、光学材料、生物材料等，如催化剂、焊料、红外窗口、金刚石膜、电子开关材料、光导纤维等的解析。 特种金属及其制品的分析鉴定与纯度分析，超细材料、纳米材料、磁粉的粒度测定。镀层材料的成分与厚度的测定，各类宝玉石的分析与质量评估，金、银、铂贵金属制品的分析与鉴别，各类非金属矿产品的质量评估，生物、医学、农业中的无机材料和有机材料中的无机盐分析等。

0304070201 /仪器仪表 /光学仪器 /电子光学及离子光学仪器 /扫描式电子显微镜

指标信息: 1.电子束束斑<7nm 30~50元/10个元素/1个样 2.扫描图像分辨率优于7nm 或100~300元/每1小时 3.元素分析范围B5~U92 4.全定量分析(点、线、面) 5.阴极发光数字化图像

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