現(xiàn)代分析測試技術-綜合評價

現(xiàn)代分析測試技術-綜合評價第一頁，共68頁?！冬F(xiàn)代分析測試技術》2004.2第二頁，共68頁。概述（3

學時）X射線衍射分析（6

+6學時）熱分析、色譜、紅外光譜（3學時）原子發(fā)射、原子吸收、熒光光譜（3學時）熱分析、原子吸收、壓汞、等溫吸附實驗（3學時）第三頁，共68頁?，F(xiàn)代分析測試技術綜合評價（3學時）超顯微分析技術及SEM實驗（3+3學時）成分分析技術及EDX、WDX實驗（3+3學時）結(jié)構分析技術及TEM實驗（3+3學時）第四頁，共68頁。現(xiàn)代儀器分析實驗與技術陳培榕等清華大學出版社納米材料分析黃惠忠等化學工業(yè)出版社表面分析華中一等復旦大學出版社表面分析技術陸家和等電子工業(yè)出版社掃描隧道顯微術及應用白春禮等上?？萍汲霭嫔绮牧戏治鰷y試技術周玉等哈爾濱工業(yè)大學出版社儀器分析鄧勃等清華大學出版社分子光譜學專論吳征鎧等山東科技大學出版社第五頁，共68頁。.jeol.co.jp/.ntmdt.ru/.shimadzu.co.jp/開放實驗室、理化檢測中心科技期刊（光譜分析、質(zhì)譜分析、電子顯微學報及專業(yè)期刊）

第六頁，共68頁?，F(xiàn)代分析測試儀器基本特征現(xiàn)代分析測試技術綜合評價第七頁，共68頁。利用電子束、離子束、光子束或中性粒子等為探束氣、液、固態(tài)樣品（微量及痕量）圖像、譜圖、數(shù)據(jù)及綜合報告第八頁，共68頁。表面或體相——————————電子電場離子熱光子聲波分子磁場第九頁，共68頁。信號來源區(qū)域圖像分辨率分析儀器靈敏度表面檢測表層檢測體相檢測微區(qū)檢測微米級納米級原子級體相檢出限低體相檢出限中體相檢出限高XPSAESSPMSIMSISSLEEDSEMEPAXRFRHEEDTEMXRDMSIRLRAAS

ICP-AES

EPAAESXPSSPMTEMFIMSEMAESFEMEPAXPSXRFAASICP-AESEPAXRFLRXRDIRMS常用分析測試技術及特性第十頁，共68頁。儀器的必需配置分析方法原理儀器結(jié)構及發(fā)展重要實驗技術聯(lián)用技術儀器基本配置分析儀器心臟基本定值保證變量（檢測）跟蹤第十一頁，共68頁。AAS：基于被測元素基態(tài)原子在蒸氣狀態(tài)對其原子共振輻射的吸收—定量研究原子受激吸收躍遷過程；IR：研究分子中原子的相對振動—化學鍵的振動，不同的化學鍵或官能團，其振動能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需的能量不同—吸收不同波長的紅外光—不同波長出現(xiàn)吸收峰；MS：通過對樣品離子的質(zhì)荷比分析來實現(xiàn)對樣品進行定性和定量分析；第十二頁，共68頁。XPS—光電子發(fā)射公式：Ek=hυ-Eb–φsXRD—X射線的衍射：2dSinθ=nλXRF—莫塞萊定律：λ=P（Z-σ）-2∝Z–2第十三頁，共68頁。X射線管探測器放大器記錄系統(tǒng)2θθ濾光片準直器晶體試樣狹縫測角儀X射線粉晶衍射儀結(jié)構框圖第十四頁，共68頁。第十五頁，共68頁。主要性能指標：分辨率；靈敏度—檢出限；操作流程框圖：關鍵部件；儀器主要發(fā)展方向：主要指標的發(fā)展；應用的需要；第十六頁，共68頁。㈠試樣蒸發(fā)—原子化—激發(fā)電感耦合高頻等離子體電弧火焰火花直流等離子體微波誘導等離子體㈡分光衍射光柵棱鏡㈢光譜檢測固體檢測器照相干板光電倍增管原子發(fā)射光譜儀結(jié)構框圖第十七頁，共68頁。溶液試樣；多元素同時測定—計算數(shù)據(jù)+實驗修正；測定不同濃度級元素—從痕量到常量；最能發(fā)揮其優(yōu)勢的領域：地質(zhì)、環(huán)保、醫(yī)藥、臨床、農(nóng)業(yè)、食品；電感耦合等離子體第十八頁，共68頁。光電倍增管—直讀譜儀檢測光路多道固定狹縫式光路（經(jīng)典光源）：出射狹縫+光電倍增管→構成一個波長的固定通道；單道掃描式光路（ICP）：“通道移動”—出射狹縫在光譜儀焦面上掃描（轉(zhuǎn)動光柵）；安裝多個（可達70個）固定通道，接收多種元素的譜線第十九頁，共68頁。采用光柵分光―CCD檢測器系統(tǒng)，光線經(jīng)光柵色散后聚焦在探測單元的硅片表面，檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)計算機進行快速高效處理得出分析結(jié)果；由軟件自動選擇預測元素的譜線，增加不同的軟件可實現(xiàn)多種基體材料分析。探測單元—硅片CCSD光譜儀的光路示意圖第二十頁，共68頁。偏壓電源

樣品多道脈沖分析器放大器打印機譜線記錄儀CRT顯示用液氮冷卻的容器X射線場效應晶體管前置放大器Si(Li)探測器入射粒子束能量色散譜儀原理方框圖第二十一頁，共68頁。離子源XPS/AES譜儀的基本結(jié)構及實驗過程12345電子槍第二十二頁，共68頁。儀器靈敏度：信噪比—筒鏡分析器，分析時間；電子槍—Ip數(shù)量級，束斑直徑—AES好于SAM；譜線重疊；樣品污染；儀器分辨率：能量分辨率—CMA；空間分辨率—電子槍；厚度分辨率—Auger電子能量；第二十三頁，共68頁。定性分析：檢測特征量；分析依據(jù)；譜圖特點；定量分析：分析步驟；定量分析依據(jù)；標準樣品要求；微區(qū)分析：微區(qū)分析的實現(xiàn)方法；微區(qū)“體積”；深度分析：破壞、非破壞；深度“范圍”；第二十四頁，共68頁。第二十五頁，共68頁。制備標準溶液及試樣溶液：標準儲備液；低標準液—高標準液；儀器分光系統(tǒng)校正：汞燈校正；標準液噴霧進樣—預標準化；選擇分析線—用待測元素的標準溶液和空白溶液在各波長處進行掃描,得到這些元素在這些波長處的掃描輪廓圖，計算機貯存這些圖譜，并可將它們同時顯示。根據(jù)譜線及背景的輪廓和強度值，選擇合適的分析線、設置背景校正位置。校準曲線繪制：根據(jù)系列標準溶液數(shù)據(jù)作出各標準的校準曲線；試樣溶液噴霧進樣：根據(jù)標準曲線，求出樣品中各元素濃度；測量范圍；回收實驗：考查測定結(jié)果的準確性—在樣品中加入標準溶液,按上述方法及條件對樣品進行測定，第二十六頁，共68頁。第二十七頁，共68頁。第二十八頁，共68頁。XPS+AES+SIMS+ISS+LEED+RHEEDAFM+STMSEM+TEM+EPMAXRF/IR/LR+OMGC/LC/CE+IRGC/LC/CE+MSIR+MSLR+IR為什麼聯(lián)用儀器共用組件及接口強強結(jié)合/互補組合后優(yōu)勢分析領域第二十九頁，共68頁。第三十頁，共68頁。分析及測試性能評價—“縱向比較”：顯微分析；表面分析；組分分析；技術發(fā)展狀況及前景評價—“應用比較”：微樣分析；微區(qū)分析；多元化分析（聯(lián)用、在線、遙測技術）；分析結(jié)果保障體系—“質(zhì)量保證”：國家標準；行業(yè)標準；定性分析準確度；定量分析精度；第三十一頁，共68頁。圖像分辯能力：信號來源區(qū)域、放大倍數(shù)、分辨率；成像原理：圖像獲得方法、變倍操作、分析尺度范圍；圖像分析方法：圖像分類、襯度原理、圖像與實空間對應；特殊功能：晶體結(jié)構分析；三維空間定量；化學元素微區(qū)分析功能；加工工具；第三十二頁，共68頁。第三十三頁，共68頁。第三十四頁，共68頁。第三十五頁，共68頁。第三十六頁，共68頁。第三十七頁，共68頁。檢出限：表面靈敏度；體相靈敏度；分析空間：橫向分辨率；縱向分辨率；分析基本原理：檢測的物理量；定性、定量分析依據(jù)；圖譜解析方法：縱坐標、橫坐標、峰值物理意義；試樣要求及適應領域：試樣狀態(tài)；要求；制備方法；標準樣品；第三十八頁，共68頁。固體表面（層）XRFEPMASIMSXPSAESISSTXRFH離子＜H電子＜HX光子第三十九頁，共68頁。俄歇電子能譜X射線光電子能譜離子散射譜次級離子質(zhì)譜電子探針全反射X射線熒光光譜表面元素組成表面元素化學態(tài)元素在表面的橫向分布元素在表層的縱向分布表面化合物及分子結(jié)構檢測全部元素第四十頁，共68頁。微區(qū)分析技術主要發(fā)展途徑：激發(fā)源的精確控制—電子束掃描、控制光闌；DXRF＞DXPS＞DEPMA＞DAES（SAM）；微樣分析技術主要發(fā)展途徑：全反射技術、表面增強技術；痕量及超痕量分析—IR、TXRF、RAMAN；第四十一頁，共68頁。第四十二頁，共68頁。第四十三頁，共68頁。第四十四頁，共68頁。

線分析の條件設定第四十五頁，共68頁。第四十六頁，共68頁。第四十七頁，共68頁。毛細管技術：微量樣品及對空氣敏感的樣品→將其置于直徑為0.3mm等尺寸的玻璃毛細管中。當高強度的X光束照射到毛細管樣品上時，相對于常規(guī)的平板狀樣品來說，隨毛細管自轉(zhuǎn)的樣品的所有的晶粒均貢獻衍射信息。微區(qū)分析技術：探測小到50微米的微小區(qū)域的衍射信息；全反射準直器及最小準直器技術；用XYZ三軸自動樣品平臺和激光/視頻對光系統(tǒng)使樣品對光及定位非常簡單二維探測器技術；X射線衍射強度極低→一般僅有少數(shù)幾個晶粒對散射有貢獻—得拜環(huán)不連貫；二維探測器可探測到不均勻衍射斑或整個得拜環(huán)，沿得拜環(huán)對強度數(shù)據(jù)進行積分可有效地修正這些因素的影響，獲得精確的衍射圖象，從而為進一步的分析提供準確的數(shù)據(jù)；第四十八頁，共68頁。第四十九頁，共68頁。第五十頁，共68頁。

第五十一頁，共68頁。第五十二頁，共68頁。FT-IRSamplingAccessoriesSpecularReflectanceDetectorSample第五十三頁，共68頁。FT-IRSamplingAccessoriesATR

(AttenuatedTotallyReflectance)SampleSampleDetectorCrystalMIR:MultipleInternalReflectance(多重內(nèi)反射）第五十四頁，共68頁。FT-IRSamplingAccessoriesATRLiquidCellSampleSampleDetectorCuboidCrystalPerfectforaqueoussolution第五十五頁，共68頁。FT-IRSamplingAccessoriesDiffuseReflectanceDetectorPowdersamplewithKBr第五十六頁，共68頁。單色儀氨激光器激發(fā)光纖收集光纖光電倍增管聚光系統(tǒng)SERS探頭現(xiàn)場SERS—光纖

纖維傳感系統(tǒng)示意第五十七頁，共68頁。同步輻射源技術:SR光源強度提高幾個數(shù)量級、波長可以連續(xù)調(diào)節(jié)→痕量元素分析和微探針分析；高能量分辨率超導檢出器：3eV能量分辨率微熱量計→由超導溫度計構成的微熱量計可將X射線的能量轉(zhuǎn)化為熱，通過測量檢出器的溫度可以確定光子的能量，從而進行能量分布測量；NIST已研制出能量分辨率為3～4eV的微熱量計，遠遠超過了目前用于能量色散的半導體探測器。通過進一步研究，微熱量計的能量分辨率可望達到0.5～1eV—美國國家標準技術研究院(NIST)；微探針技術：1997年美國發(fā)往火星的探索者號宇宙飛船上，裝載了一臺輕便的α質(zhì)子X射線光譜儀，該儀器僅重570g，采用244Cm為α和質(zhì)子輻射激發(fā)源以及Si-PIN檢出器。利用該儀器分析了火星上的土壤和巖石樣品，結(jié)果表明火星表面的組成與地球地殼的平均組成很接近。第五十八頁，共68頁。靈敏度高：檢出限低至10-9～10-12

g；樣品用量少：測量w為10-6水平的元素，取微升級或微克級樣品量即可；定量分析很簡單：加入單個內(nèi)標元素就可對所有共存元素進行定量測定；無基體效應：用樣品量極少(μg,μL量級)，可消除基體增強和減弱效應。溶液樣品制樣簡單：定量吸取微升級溶液滴于反射體上烘干；TXRF也是對半導體硅片表面雜質(zhì)進行非破壞分析的理想技術；第五十九頁，共68頁。數(shù)據(jù)來源空間儀器分辨率儀器檢出限對樣品的要求樣品用量檢測誤差第六十頁，共68頁。第六十一頁，共68頁。第六十二頁，共68頁。砷：指甲、毛發(fā)為體內(nèi)砷的貯留和排泄器官—根據(jù)人平均量對比，診斷砷中毒；適合慢性中毒分析—環(huán)境污染、長期投毒、化學藥品中毒；汞：頭發(fā)汞的濃度常作為測定環(huán)境污染程度的有效指標；頭發(fā)具有排泄功能，排出的汞隨頭發(fā)的生長而保存—判斷體內(nèi)攝取的時間進程；鉛：毛發(fā)的鉛含量是推測接觸鉛的量和身體負荷量的簡易、方便的指標；第六十三頁，共68頁。中國人