分析技術(shù)考試重點(diǎn)

1、2.光學(xué)顯微鏡它的最高分辨率為0.2ml 目前掃描電子顯微鏡的分辨率已經(jīng)達(dá)到了2nm左右。3.2 阿貝成像原理l 平行光束通過(guò)物鏡在后焦面上會(huì)聚；形成衍射花樣。衍射花樣上的某個(gè)衍射斑點(diǎn)是由不同物點(diǎn)的同級(jí)衍射光相干加強(qiáng)形成的；同一物點(diǎn)上的光由于衍射分解，對(duì)許多衍射斑點(diǎn)有貢獻(xiàn)。l 從同一物點(diǎn)發(fā)出的各級(jí)衍射光，在產(chǎn)生相應(yīng)的衍射斑點(diǎn)后繼續(xù)傳播，在象平面上又相互干涉，形成象。阿貝成像原理可以簡(jiǎn)單地描述為兩次干涉作用：平行光束受到有周期性特征物體的散射作用形成衍射譜（后焦面），各級(jí)衍射波繼續(xù)傳播重新在像平面上形成反映物的特征的像。物與象之間的相似性 l 物象是由直射光和衍射光互相干涉形成的，不讓衍射光通過(guò)

2、就不能成象，參與成象的衍射斑點(diǎn)愈多，則物象與物體的相似性愈好l 數(shù)值孔徑（NA）對(duì)物鏡，由其結(jié)構(gòu)決定了焦距和光孔直徑，由2a角內(nèi)光進(jìn)入物鏡，設(shè)物鏡與觀察物間的介質(zhì)折射率為n，則n sina叫做物鏡的數(shù)值孔徑。 l 孔徑角是物鏡光軸上的物點(diǎn)與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度?？讖浇窃酱?，進(jìn)入物鏡的光通亮就越大，分辨率越高?？讖浇桥c物鏡的有效直徑成正比，與焦點(diǎn)的距離成反比。l 物鏡接收衍射光線的能力也強(qiáng)烈的依賴于在樣品與鏡頭之間的介質(zhì)。因此，數(shù)值孔徑的概念更加能夠有效的描述物鏡的成像能力。l 數(shù)值孔徑大小表征了物鏡的聚光能力，它是金相顯微鏡一個(gè)很重要的參數(shù)。l NA值越大，物鏡聚光能力越強(qiáng)，從試樣

3、上反射時(shí)入物鏡的光線越多，從而提高了物鏡的分辨能力。提高數(shù)值孔徑的途徑：n sinal （1）一是增大透鏡直徑或聚焦能力，以增大孔徑半角a，但此法導(dǎo)致象差增大和制造困難，故不實(shí)用。l （2）另一種方法是增加物鏡與觀察物間的折射率n（如浸油物鏡）。l （3）在相同介質(zhì)中，波長(zhǎng)短的光源有較大的折射率，同樣也將有較多的衍射光進(jìn)入物鏡（如利用紫光分析）。l 人眼的分辨率為：deye=0.150.3mm. 顯微鏡的分辨率最高只能達(dá)到物鏡的分辨率 ，故物鏡的分辨率又稱顯微鏡的分辨率。 分辨兩個(gè)物點(diǎn)間的距離d越小，則分辨率越大.l 分辨本領(lǐng)是由物鏡的NA值與照明光源的波長(zhǎng)兩個(gè)因素決定，NA值越大，照明光線波

4、長(zhǎng)越短，分辨率就越高。理論分辨率l 可見(jiàn)NA越大或 l越?。ㄗ瞎猓?，物鏡的分辨能力越高。，l 從技術(shù)方面來(lái)看，玻璃透鏡的孔徑半角可以做得很大，最大者可達(dá)a=75度；此時(shí)計(jì)算出的數(shù)值孔徑N.A約為1.251.35。理論分辨率 d=l/2 (1-7) 5.3 放大倍數(shù)和有效放大倍數(shù)l 由于經(jīng)過(guò)物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡總的放大倍數(shù)M總M目×M物l 有效放大倍率：在顯微鏡中保證物鏡鑒別率允分利用時(shí)所對(duì)應(yīng)的顯微鏡的放大倍數(shù)，用M有效表示。l M有效要從目、物鏡的配合得到。 M < 500NA時(shí)，物鏡作用發(fā)揮不充分 M > 1000NA時(shí)，虛放大。例題：有一物鏡40×

5、;/0.65，求目鏡配合？ 計(jì)算得有效M有效為325650之間，則目鏡選擇為816倍。5.4 景深 l 景深又稱垂直分辨率，是指在固定像點(diǎn)情況下，成像物面沿軸向移動(dòng)仍能保持圖像清晰的范圍。l 它表征物鏡對(duì)應(yīng)于不同平面上樣品細(xì)節(jié)能否清晰成像的一個(gè)性質(zhì)。l 景深的大小由滿意成像的平面的兩個(gè)極限位置(位于聚焦平面之前和之后)之間的距離來(lái)度量。5.7 光學(xué)透鏡的象差1. 像差：透鏡在成像過(guò)程中，由于透鏡本身物理?xiàng)l件限制，使像變形和模糊，稱像差。l (1) 球面象差（簡(jiǎn)稱球差）近軸光遠(yuǎn)聚焦，遠(yuǎn)軸光近聚焦。球差用LA=S¢-S²表示， 正透鏡LA>0， 負(fù)透鏡LA<0。光學(xué)

6、透鏡的象差l (2) 色差 由于組成白光的各色光波長(zhǎng)不同，折射率不同，不同波長(zhǎng)的光在不同的位置聚焦，形成像差。l 軸向色差：l 短波 近點(diǎn)聚焦l 長(zhǎng)波 遠(yuǎn)點(diǎn)聚焦l 垂軸色差：l 紅光高，而紫光低。影響圖像的清晰度。6.2 暗場(chǎng)照明術(shù)l 在明場(chǎng)照明時(shí)，平整的表面明亮，傾斜的表面暗。但是，有時(shí)為了看清試樣表面上的裂紋、凹陷、交界面及細(xì)小的浮雕微粒（夾雜物）等部位，將入射光按圖中方式從物鏡外暗場(chǎng)反射鏡照到試樣上，平整面的光全部反射到物鏡以外，沒(méi)有光線進(jìn)入，只有在不平整的裂紋、凹陷、交界面及細(xì)小的浮雕微粒的部位散射光線才有可能射入物鏡，呈現(xiàn)為明亮色。1. 掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)l 高的分辨率。由于超高真空技術(shù)

7、的發(fā)展，場(chǎng)發(fā)射電子槍的應(yīng)用得到普及，現(xiàn)代先進(jìn)的掃描電鏡的分辨率已經(jīng)達(dá)到1納米左右。l 有較高的放大倍數(shù)，20-20萬(wàn)倍之間連續(xù)可調(diào)；l 有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)l 試樣制備簡(jiǎn)單。l 配有X射線能譜儀裝置，這樣可以同時(shí)進(jìn)行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析。l 配有EBSD，可以進(jìn)行晶體取向、物相分析。 1. 背散射電子：指被固體樣品中的原子核或核外電子反彈回來(lái)，累積散射角超過(guò)90°的一部分入射電子。 特 征： 1）其產(chǎn)額隨原子序數(shù)增大而增多；背散射電子像的襯度與樣品上各微區(qū)的成分密切相關(guān)，可以顯示出金屬中各相的分布情況?？捎米餍蚊卜?/p>

8、析、成分分析（原子序數(shù)襯度）。2）能量高，能量達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)ev；背散射電子束來(lái)自樣品表面幾百nm深度范圍，因此空間分辨率只能達(dá)到100nm左右。3）彈性背散射電子遠(yuǎn)比非彈性背散射電子所占的份額多（主要利用彈性背散射電子）4）入射電子的非彈性背散射，在表層幾十納米范圍內(nèi)成為一個(gè)點(diǎn)源，這些電子反向射出時(shí)與晶體產(chǎn)生布拉格衍射。2. 二次電子(SEM)：在入射電子作用下被轟擊出來(lái)并離開(kāi)樣品表面的樣品原子的核外電子。由于原子核和外層價(jià)電子間的結(jié)合能很小，因此，外層的電子較容易和原子脫離，使原子電離。用IS表示二次電子流。 特 征： 1. 對(duì)樣品表面狀態(tài)十分敏感，因此能有效地反映樣品表面的形貌；因?yàn)閐=

9、Is/I0二次電子產(chǎn)額與入射對(duì)于樣品表面的入射角q之間有如下關(guān)系： d =1/cos2. 分辨率較高，510nm。（與照射面積相同）；來(lái)自表層510nm深度范圍；（二次電子能量較低。一般不超過(guò)50 ev，大部分幾ev）3.其產(chǎn)額與原子序數(shù)間沒(méi)有明顯的依賴關(guān)系。因此，不能進(jìn)行成分分析。3吸收電子 入射電子進(jìn)入樣品后，經(jīng)多次非彈性散射，能量損失殆盡，最后被樣品吸收。用IA示吸收電子流。 若樣品足夠厚，透射電子流IT=0，則有 IA = I0 -（I b + IS） (I0入射電子流)特 征：1. 吸收電子信號(hào)調(diào)制成圖像，其襯度與背散射電子的襯度互補(bǔ)。入射電子束射入一個(gè)多元素樣品中時(shí)，因Se產(chǎn)額與原

10、子序數(shù)無(wú)關(guān)，則背散射電子較多的部位（Z較大）其吸收電子的數(shù)量就減少，反之亦然；2. 吸收電子能產(chǎn)生原子序數(shù)襯度，即可用來(lái)進(jìn)行定性的微區(qū)成分分析。4. 透射電子l 如樣品足夠薄，則會(huì)有一部分入射電子穿過(guò)樣品而成透射電子。用IT表示透射電子流。l 特 征：l 1. 透射電子信號(hào)由微區(qū)的厚度、成分和晶體結(jié)構(gòu)決定；2. 可利用特征電子能量損失E配合電子能量分析器進(jìn)行微區(qū)成分分析。即電子能量損失譜l 5. 特征X射線： (EPMA、EDS)指原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后，在能級(jí)躍遷過(guò)程中直接釋放的具有特征能量和特征波長(zhǎng)的一種電磁波輻射。l 特征X射線的波長(zhǎng)和原子序數(shù)間的關(guān)系服從莫塞萊定律。（公式）l Z原子

11、序數(shù)，C、常數(shù)l 可見(jiàn)原子序數(shù)和特征X射線波長(zhǎng)之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系，據(jù)此可進(jìn)行成分分析。l 特 征：用其進(jìn)行成分分析，來(lái)自樣品較深的區(qū)域。SEM中的主要信號(hào) 特征X射線產(chǎn)生機(jī)理（按照經(jīng)典的原子模型來(lái)分析）l 按照經(jīng)典的原子模型，原子內(nèi)的電子分布在一系列量子化的殼層上，在穩(wěn)定狀態(tài)下，每個(gè)殼層有一定數(shù)量的電子，它們具有一定的能量，最內(nèi)層(K層)的能量最低，然后按L、M、N的順序遞增。l 當(dāng)沖向陽(yáng)極靶的電子具有足夠能量將內(nèi)層電子擊出成為自由電子(二次電子)，這時(shí)原子就處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，必然自發(fā)的向穩(wěn)態(tài)過(guò)渡。l 當(dāng)K層出現(xiàn)空位，原子處于K激發(fā)態(tài)，若L層電子躍遷到K層，原子轉(zhuǎn)變到L激發(fā)態(tài)，其能量差以X射線

12、光量子的形式輻射出來(lái)，這就是特征X射線。l 6. 俄歇電子(AES) 在SEM中用的不多。l 如果原子內(nèi)層電子在能級(jí)躍過(guò)程中釋放出來(lái)的能量E并不以X射線的形式發(fā)射出去，而是用這部分能量把空位層的另一個(gè)電子發(fā)射出去（或空位層的外層電子發(fā)射出去），這一個(gè)被電離的電子稱為俄歇電子。l 特 征：l 1. 各元素的俄歇電子能量值很低，501500ev；l 2. 來(lái)自樣品表面1nm左右深度范圍。較深區(qū)域產(chǎn)生的俄歇電子向表面運(yùn)動(dòng)時(shí)必然會(huì)因碰撞損失能量而失去特征值的特點(diǎn)。因此，只有在距表面1nm左右范圍內(nèi)逸出的俄歇電子才具有特征能量。因此它適合做表面薄層分析。2.3 各種信號(hào)的深度和區(qū)域大小1）電子槍的作用：

13、利用陰極與陽(yáng)極燈絲間的高壓產(chǎn)生高能量的電子束。電子顯微鏡對(duì)電子槍的要求是：能夠提供足夠數(shù)目的電子，發(fā)射電子越多，成象越亮；發(fā)射電子的區(qū)域要小，電子束越細(xì)，象差越小，分辯本領(lǐng)越好；電子速度要大，動(dòng)能越大，成像越亮。 普通熱陰極電子槍主要由發(fā)夾式鎢絲組成，當(dāng)加熱到高溫時(shí)，鎢絲發(fā)射出電子。六硼化鑭燈絲以及場(chǎng)發(fā)射燈絲。3）掃描系統(tǒng)l 掃描系統(tǒng)是掃描電鏡的特殊部件，它由掃描發(fā)生器和掃描線圈組成。l 它的作用是：1)使入射電子束在樣品表面掃描，并使陰極射線顯像管電子束在熒光屏上作同步掃描，2)改變?nèi)肷涫跇悠繁砻娴膾呙枵穹瑥亩淖儝呙柘竦姆糯蟊稊?shù)。3.4 工作原理l 會(huì)聚細(xì)電子束每一瞬間照射在樣品表面l

14、 à在一點(diǎn)處激發(fā)各種信號(hào)l à接收器收集（一個(gè)點(diǎn)）l à調(diào)制成像（同步逐點(diǎn)）掃描電鏡的工作原理可以簡(jiǎn)單地歸納為：“光柵掃描，逐點(diǎn)成像”3）景深 景深是指一個(gè)透鏡對(duì)高低不平的試樣各部位能同時(shí)聚焦成像的一個(gè)能力范圍。 掃描電鏡的景深為比一般光學(xué)顯微鏡景深大100-500倍，比透射電鏡的景深大10 倍。立體感強(qiáng)l 測(cè)定材料晶體結(jié)構(gòu)及晶體取向的傳統(tǒng)方法主要有：x射線衍射、透射電鏡中的電子衍射、EBSD 。1） x衍射技術(shù)獲得材料晶體結(jié)構(gòu)和取向的宏觀統(tǒng)計(jì)信息，不能與材料的微觀組織形貌相對(duì)應(yīng)；2）TEM電子衍射與衍襯分析相配合，實(shí)現(xiàn)材料微觀組織與晶體結(jié)構(gòu)及取向分析的微區(qū)對(duì)應(yīng)，

15、這些信息是微觀的、局部的、難以進(jìn)行宏觀意義的統(tǒng)計(jì)分析3）背散射電子衍射(EBSD)技術(shù)兼?zhèn)淞藊射線衍射統(tǒng)計(jì)分析和TEM電子衍射微區(qū)分析的特點(diǎn)，為其補(bǔ)充。成為研究材料形變、回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程的有效手段，尤其在微區(qū)織構(gòu)分析方面成為一種新的方法。2. 物相分析的含義l 物相分析是指利用衍射分析的方法探測(cè)晶格類型和晶胞常數(shù)，確定物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)。l 物相分析不僅包括對(duì)材料物相的定性分析，還包括定量分析，和各種不同的物相在組織中的分布情況。 3. 物相分析的手段l 3.1 x射線衍射l 簡(jiǎn)便快捷，適用于多相體系的綜合分析。但由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線的有效聚焦。l 3.2 電子衍射由于電子與物質(zhì)的相互作用比X射線強(qiáng)

16、4個(gè)數(shù)量級(jí)，而電子束又可以在電磁場(chǎng)作用下匯聚得很細(xì)小，所以特別適合測(cè)定微細(xì)晶體或亞微米尺度的晶體結(jié)構(gòu)。l 3.3 中子衍射l 中子受物質(zhì)中原子核的散射，所以輕重原子對(duì)中子的散射能力差別比較小，中子衍射有利于測(cè)定材料中輕原子的分布。l 中子衍射儀價(jià)格較高。 3.3晶胞結(jié)構(gòu)因子：由于原子在晶胞中的位置不同而引起的某些方向上衍射線的消失稱為系統(tǒng)消光。不同的晶體點(diǎn)陣的系統(tǒng)消光規(guī)律也各不相同。它所逆循的衍射規(guī)律即為結(jié)構(gòu)因子3.3晶胞結(jié)構(gòu)因子的含義結(jié)構(gòu)因子以電子散射能力為單位，反映單胞內(nèi)所有原子對(duì)不同晶面（HKL）散射能力的貢獻(xiàn)的參量當(dāng)H+K+L 為偶數(shù)時(shí)， 當(dāng)H+K+L 為奇數(shù)時(shí)，3.6 影響衍射強(qiáng)度的

17、其它因素1多重性因子晶體中晶面間距相等的晶面(組)稱為等同晶面(組)晶體中各面的等同晶面(組)的數(shù)目稱為各自的多重性因子(PHKL)。2. 吸收因子樣品對(duì)X射線的吸收將造成衍射強(qiáng)度的衰減，使實(shí)測(cè)值與計(jì)算值不符，為修正這一影響，在強(qiáng)度公式中引入吸收因子A(q)。 3. 溫度因子原子熱振動(dòng)使晶體點(diǎn)陣原子排列的周期性受到破壞，使得原來(lái)嚴(yán)格滿足布拉格方程的相干散射產(chǎn)生附加的周相差，從而使衍射強(qiáng)度減弱。 M為一個(gè)與原子偏離其平衡位置的均方位移有關(guān)的常數(shù) 莫塞菜(Moseley，NGJ)定律 K 隨靶材物質(zhì)主量子數(shù)不同而變的常數(shù)， 屏蔽常數(shù)，與電子所在的殼層有關(guān)。l 原子的核外電子在X射線的交變電場(chǎng)作用下

18、產(chǎn)生受迫振動(dòng)，成為電磁波的發(fā)射源，輻射與入射電磁波頻率相同的電磁波，因?yàn)楦麟娮虞椛涞碾姶挪l率相同，可能產(chǎn)生干涉，故稱為相干散射。不相干散射：X光子與自由電子或弱束縛電子作用，向電子傳遞動(dòng)量，電子動(dòng)量增加，成為反沖電子，而X射線光子動(dòng)量降低，方向改變 X射線與物質(zhì)相互作用的總結(jié)6. 三種常用的實(shí)驗(yàn)方法從產(chǎn)生衍射的條件可以看出，并不是隨便把一個(gè)晶體置于X射線照射下都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。例如，一束單色X射線照射一個(gè)固定不動(dòng)的單晶體，就不一定能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因?yàn)樵谶@種情況下，反射球面完全有可能不與倒易結(jié)點(diǎn)相交。準(zhǔn)則：保證反射球面能與倒易結(jié)點(diǎn)相交。實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)：使反射球或晶體之一處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)

19、狀態(tài)。符合這樣條件的實(shí)驗(yàn)方案： 1)勞埃法： 用多色(連續(xù))X射線照射固定不動(dòng)的單晶體。 2)轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法： 用單色(標(biāo)識(shí))X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體。 3)粉末法： 用單色(標(biāo)識(shí))X射線照射多晶或粉末試樣。衍射儀光路圖2.2.2 工作原理只測(cè)量平行于樣品表面的晶面,試樣和測(cè)角儀以1:2的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)2.3. 衍射儀和Debye相機(jī)的區(qū)別l 參與衍射的晶面不同l Debye相機(jī)中所有與厄瓦爾德球相交的倒易陣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的晶面都參加了衍射。l 衍射儀中只有平行于晶體表面的晶面才參加衍射。1.1 定性分析原理l X射線物相分析是以x射線衍射效應(yīng)為基礎(chǔ)的。任何一種晶體物質(zhì)，都具有特定的結(jié) 構(gòu)參數(shù)(包括晶體結(jié)構(gòu)類型

20、、晶胞大小、晶胞中原子、離子或分子數(shù)目的多少以及它們所在的位置等)，它在給定波長(zhǎng)的X射線輻射下，呈現(xiàn)出該物質(zhì)特有的多晶體衍射花樣。1.1 定性分析原理l 多相物質(zhì)的衍射花樣是各相衍射花樣的機(jī)械疊加。1.2粉末衍射卡片（PDF）l 多晶體的衍射花樣是鑒定物質(zhì)的根據(jù)。 2.1 定量法-基本原理l 單相物質(zhì)的衍射強(qiáng)度： 質(zhì)量厚度襯度（Mass-thickness contrast)：是由于材料的質(zhì)量厚度差異造成的透射束強(qiáng)度的差異而產(chǎn)生的襯度（主要用于非晶材料）。 衍射襯度(Diffraction contrast)：由于試樣各部分滿足布拉格條件的程度不同以及結(jié)構(gòu)振幅不同而產(chǎn)生的（主要用于晶體材料）。

21、l 2.1 質(zhì)厚襯度l 質(zhì)厚襯度的形成：由于試樣各部分對(duì)電子散射能力不同，使得透射電子數(shù)目不同，而引起強(qiáng)度差異，形成襯度。l 對(duì)于非晶樣品，入射電子透過(guò)樣品時(shí)碰到的原子數(shù)目越多（或樣品越厚），樣品原子核庫(kù)侖電場(chǎng)越強(qiáng)（或原子序數(shù)或密度越大），被散射到物鏡光闌外的電子就越多，而通過(guò)物鏡光闌參與成像的電子強(qiáng)度就越低，即襯度與質(zhì)量、厚度有關(guān)，故叫質(zhì)厚襯度。 2）俄歇電子元素在樣品中所處的化學(xué)環(huán)境同樣會(huì)造成電子的結(jié)合能的微小差異，導(dǎo)致俄歇電子能量的化學(xué)位移，因此根據(jù)俄歇電子的動(dòng)能可以確定元素類型，以及元素的化學(xué)環(huán)境。俄歇電子譜儀（AES）。俄歇電子能譜儀所用的信號(hào)電子激發(fā)源是電子束。利用俄歇電子能譜可以

22、進(jìn)行定興和半定量的化學(xué)成分分析。3）光電子 各原子的不同軌道電子的結(jié)合能是一定的，具有標(biāo)識(shí)性；此外，同種原子處于不同化學(xué)環(huán)境也會(huì)引起電子結(jié)合能的變化，因此，可以檢測(cè)光電子的動(dòng)能，由光電發(fā)射定律得知相應(yīng)能級(jí)的結(jié)合能，來(lái)進(jìn)行元素的鑒別、原子價(jià)態(tài)的確定、以及原子所處的化學(xué)環(huán)境的探測(cè)。利用光電子進(jìn)行成分分析的儀器有X射線光電子譜儀（XPS）和紫外光電子譜儀（UPS），分別采用X射線和紫外光作為入射光源。 X光譜的分析儀器分為能譜儀（EDS）和波譜儀（WDS）兩種。能譜儀具有采譜速度快；靈敏度高，可比波譜儀高一個(gè)數(shù)量級(jí)；結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。波譜儀能量分辨率較高，為5l0eV。3.2電子能譜電子能譜

23、僅是表面成分的反映，適合表面元素分析和表面元素價(jià)態(tài)的研究。X射線光電子能譜（XPS）和俄歇電子能譜（AES）是電子能譜分析技術(shù)中兩種最有代表性的的方法。2能譜儀:利用不同元素特征X射線光子特征能量的不同進(jìn)行展譜的譜儀，得到能譜曲線，稱為能譜儀3波譜儀：根據(jù)布拉格方程2dsinq =l，利用適當(dāng)?shù)姆止饩w對(duì)電子束激發(fā)出的各個(gè)元素的特征X射線進(jìn)行展譜，稱為波譜儀。5波譜儀與能譜儀的特點(diǎn)波譜儀：A波譜儀分析的元素范圍廣；（能譜儀中因Si(Li)檢測(cè)器的鈹窗口限制了超輕元素的測(cè)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間的所有元素）B分辨率高，適用于精確的定量分析。其缺

24、點(diǎn)是：C要求試樣表面平整光滑；D分析速度較慢（波譜儀只能逐個(gè)測(cè)量每種元素特征波長(zhǎng)）；E需要用較大的束流，從而容易引起樣品和鏡筒的污染。5波譜儀與能譜儀的特點(diǎn)l 能譜儀l A其分析速度快（在同時(shí)對(duì)所有元素X射線光子的能量進(jìn)行測(cè)定和計(jì)數(shù)，分析速度快，而波譜儀只能逐個(gè)測(cè)量每種元素特征波長(zhǎng)）；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性都很好（因?yàn)闊o(wú)機(jī)械傳動(dòng)）l B可用較小的束流和微細(xì)的電子束；（探頭靈敏性好）l C對(duì)試樣表面要求不如波譜儀那樣嚴(yán)格（不必聚焦，對(duì)樣品表面無(wú)特殊要求，適于粗糙表面分析），因此特別適合于與掃描電子顯微鏡配合使用。l 但其缺點(diǎn)：在分析元素范圍、分辨率等方面不如波譜儀，且能譜儀的探頭必須保持在低溫

25、態(tài)，因此必須時(shí)時(shí)用液氮冷卻。6X射線光譜分析及應(yīng)用l 1）組分不均勻合金試樣的微區(qū)成分分析l 2）擴(kuò)散對(duì)試樣中成分梯度的測(cè)定l 3）金屬半導(dǎo)體界面反應(yīng)產(chǎn)物 第十三章 俄歇電子能譜的特點(diǎn)：1、  逸出深度范圍小 1nm 2、  空間分辨率小 10nm3、  和離子刻蝕結(jié)合可以分析深度成分分析4、  要求高真空。5、  定量分析不是很準(zhǔn)確。10、莫塞菜定律：特征X 射線頻率 或波長(zhǎng) 只取決于陽(yáng)極靶物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)（原子序數(shù)）， 此規(guī)律稱莫塞萊定律。（公式） 2. X射線產(chǎn)生條件： 1）產(chǎn)生并發(fā)射自由電子 （加熱W 燈絲發(fā)射熱電子）； 2）在真空中

26、迫使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng) （加速電子）； 3）在電子運(yùn)動(dòng)路經(jīng)上設(shè)障礙，使其突然減速或停止（靶）（五）特征（標(biāo)識(shí)）X射線譜 二、實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1. 激發(fā)電壓： 取決于陽(yáng)極靶的原子序數(shù)Z 。對(duì)不同陽(yáng)極靶臨界激發(fā)電壓是不同的。 2. 陽(yáng)極靶（Z ）不同，所產(chǎn)生的特征X 射線的波長(zhǎng) 也不同。 3. 當(dāng)管壓超過(guò)激發(fā)電壓 時(shí)，特征X 射線波長(zhǎng) 不變，而強(qiáng)度 按n 次方的規(guī)律增大。 用X射線產(chǎn)生機(jī)理解釋：1）不同陽(yáng)極靶有其固定的臨界激發(fā)電壓。2）K空后，空位由L層電子占據(jù)的幾率比M層大45倍。K強(qiáng)度是K的45倍。K的強(qiáng)度更小。3）K波長(zhǎng)比K更短。4）V升高時(shí)，特征X射線波長(zhǎng)不變。（六）特征X射線的應(yīng)用莫塞來(lái)定律

27、特征X射線譜是由布拉格發(fā)現(xiàn)，并經(jīng)莫塞來(lái)加以系統(tǒng)化的。同系特征X射線的波長(zhǎng)，隨陽(yáng)極靶的原子序數(shù)的增加而變短，在射線頻率v的平方根和原子序數(shù)Z之間存在線性關(guān)系，即： 這個(gè)關(guān)系式稱為莫塞來(lái)定律。（C和s都是常數(shù)）是X射線熒光分析和電子探針微區(qū)成分分析的理論基礎(chǔ)。第三節(jié) X射線與物質(zhì)的相互作用1. 相干散射（coherent scattering）入射X射線與物質(zhì)原子中內(nèi)層電子作用，當(dāng)X光子能量不足以使電子激發(fā)時(shí)，把能量轉(zhuǎn)給電子，電子則繞其平衡位置發(fā)生受迫振動(dòng)，成為發(fā)射源向四周輻射與入射X光波長(zhǎng)（振動(dòng)頻率）相同電磁波（散射波）。 各電子散射波振動(dòng)頻率相同 、位相差恒定 ，符合干涉條件 ，發(fā)生相互干涉，

28、稱為相干散射。2. 非相干散射 ：（incoherent scattering） X光子 與外層價(jià)電子 相碰撞時(shí)的散射。可用一個(gè)光子 與一個(gè)電子 的彈性碰撞 來(lái)描述。 1、光電效應(yīng)與熒光X射線：1）光電效應(yīng)：當(dāng)入射X光子能量足夠大，將內(nèi)層電子擊出，成為自由電子（稱光電子），原子則為激發(fā)態(tài)，外層電子向內(nèi)層空位躍遷，并輻射出一定波長(zhǎng)的特征X射線。被打出的電子稱為光電子，所輻射出的次級(jí)特征X射線稱二次特征X射線或熒光X射線。 為區(qū)別入射X射線 ，稱其為二次特征X射線 或熒光X射線。 2、俄歇（Auger）效應(yīng)當(dāng)K層電子被擊出后，原子處K激發(fā)態(tài)，能量為EK。若L層電子躍入K層填補(bǔ)空位。能量由EK EL

29、，同時(shí)將有多余能量釋放出來(lái)俄歇效應(yīng)的特點(diǎn)和應(yīng)用：1） 俄歇電子能量：只取決于該物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)，是一種元素的固有特征。2）俄歇電子能量很低：只有幾百eV，深處信號(hào)測(cè)量不到。 俄歇電子能譜儀最合適對(duì)固體表面23層原子層的成分分析，并還可進(jìn)行逐層分析。3）實(shí)驗(yàn)表明：輕元素俄歇電子的發(fā)射幾率比熒光X射線發(fā)射幾率大。所以，俄歇譜儀適合于對(duì)輕元素的成分分析。1. X射線濾波片的選擇1）意義：衍射分析中，只希望產(chǎn)生Ka輻射的衍射條文單色X-ray。但是Kb和連續(xù)譜à使衍射花樣復(fù)雜化，不利于衍射分析。要在X-ray射出路徑上放置一個(gè)濾波片將Kb和連續(xù)譜減到可以忽略的程度。2）方法：濾波片材料的K吸收限位于Ka和Kb之間。Ka減弱甚微，Kb大大消弱。 根據(jù)不同陽(yáng)極靶的特征X射線譜，和各種物質(zhì)K吸收限的數(shù)值，可以將濾波片材料的選擇歸納為：