EPMA顯微分析課件

電子探針顯微分析1精選2021版課件EPMA定義

電子探針顯微分析:EPMA（ElectronProbeMicroAnalysis），是電子探針顯微分析技術(shù)，利用聚焦電子束照射在試樣表面的微小區(qū)域上，激發(fā)試樣中各元素的不同波長（能量）的特征X射線。用X射線譜儀探測這些X射線，得到X射線譜。電子探針儀：EPMA(ElectronProbeMicroAnalyzer)2精選2021版課件特征X射線

emissionenergy:K>L>M

K

LKshellLshellMshellValenceelectronn=1,l=0,j=1/2n=2,l=0,j=1/2n=2,l=1,j=1/2n=2,l=1,j=3/2n=3,l=2,j=5/2n=3,l=2,j=3/2n=3,l=1,j=3/2n=3,l=1,j=1/2n=3,l=0,j=1/2RulesDl=±1;Dj=0,±1n:主量子數(shù)l：軌道角量子數(shù)j=l+s:軌道角動量＋自旋角動量M3精選2021版課件4精選2021版課件根據(jù)特征X射線的波長（能量）進(jìn)行元素定性分析；根據(jù)特征X射線的強(qiáng)度進(jìn)行元素的定量分析。常用的X射線譜儀有兩種：1、利用特征X射線的不同波長來展譜——波譜儀；2、利用特征x射線不同能量來展譜——能譜儀。5精選2021版課件電子探針儀

電子探針：

一種電子束顯微分析的儀器，是通過電子束激發(fā)試樣微區(qū)產(chǎn)生的二次電子、背散射電子、及X射線等信息，進(jìn)行試樣表面形貌觀察及成分分析。成分分析主要用波譜儀（WDS)，也可以用能譜儀（EDS)。6精選2021版課件電子探針儀的構(gòu)造

主要包括三個部分：電子光學(xué)系統(tǒng)掃描顯示系統(tǒng)波譜（能譜）儀X射線分光系統(tǒng)X射線探測系統(tǒng)7精選2021版課件波譜儀全聚焦直進(jìn)式波譜儀——分光晶體、X射線探測器和相應(yīng)的機(jī)械傳動裝置構(gòu)成8精選2021版課件9精選2021版課件WDX原理圖10精選2021版課件11精選2021版課件分光晶體：專門用來對X射線起分光作用的晶體。它具有的性能：高的衍射效率強(qiáng)的反射能力好的分辨率外形具有一定弧度不同的分光晶體有不同的分光波長范圍，只能分光一段范圍波長的X射線和適用于一定原子序數(shù)范圍的元素分析。12精選2021版課件X射線探測器特點(diǎn)：高的探測靈敏度與波長的正比性好響應(yīng)時間短種類：流氣正比計(jì)數(shù)管充氣正比計(jì)數(shù)管閃爍計(jì)數(shù)管等13精選2021版課件14精選2021版課件X射線計(jì)數(shù)和記錄系統(tǒng)15精選2021版課件能譜儀（EDS）16精選2021版課件17精選2021版課件脈沖整形器液體氮前置放大器主放大器多道分析器ＦＥＴＳｉ（Ｌｉ）檢測器窗口平行光管電子束樣品ＥＤＸ原理圖Ｘ射線18精選2021版課件X-射線多道分析器X-射線能量A/D轉(zhuǎn)換器脈沖處理器EDS信號處理過程Si(Li)探測器計(jì)數(shù)離子數(shù)

=X-射線光子能量

/3.8eV計(jì)算機(jī)內(nèi)存脈沖高度正比于

X-射線光子能量前置放大器19精選2021版課件點(diǎn)分析20精選2021版課件面分析21精選2021版課件波譜儀與能譜儀操作特性波譜儀能譜儀分析元素范圍Z≥4Z≥11；Z≥6分辨率～5eV145-155eV探測極限0.01-0.1%0.1-0.5%X光子幾何收集效率隨分光晶體位置而變化，＜0.2%＜2%量子效率＜30%～100%（2.5-15eV)瞬時接收范圍譜儀能分辨的范圍全部有用能量范圍最小電子束斑～200nm～5nm分析速度十幾分鐘幾分鐘譜的失真少探測過程中、信號處理過程中以及樣品室周圍環(huán)境引起對表面要求平整光滑較粗糙表面也適用22精選2021版課件波譜儀：分析的元素范圍廣、探測極限小、分辨率高，適用于精確的定量分析。缺點(diǎn)是要求試樣表面平整光滑，分析速度慢，需要用較大的束流，從而容易引起樣品和鏡筒的污染。能譜儀：分析速度快，可用較小的束流和微細(xì)的電子束，對試樣表面要求不嚴(yán)格。缺點(diǎn)是分析元素范圍窄、探測極限大、分辨率低以及容易失真。簡便性可靠性23精選2021版課件分析方法及其應(yīng)用24精選2021版課件工作參數(shù)1、加速電壓一般取過電壓比為2～4。2、計(jì)數(shù)率和計(jì)數(shù)時間一般累計(jì)計(jì)數(shù)大于105，計(jì)數(shù)率為103-104cps，計(jì)數(shù)時間為10-100s.3、X射線出射角當(dāng)取低出射角時，將增大分析結(jié)果的校正量。25精選2021版課件定點(diǎn)定性分析定點(diǎn)定性分析是對試樣某一選定點(diǎn)進(jìn)行定性成分分析，以確定該點(diǎn)區(qū)域內(nèi)存在的元素。能譜定性分析方法：1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及譜線所在的能量位置估計(jì)某一峰或幾個峰是某元素的特征X射線峰；2）當(dāng)無法估計(jì)可能的元素時，根據(jù)譜峰所在的位置查找元素各系譜線的能量卡片或能量圖來確定元素。波譜定性分析：對一給定元素，在譜中出現(xiàn)更多的譜線，波譜定性分析不像能譜定性分析一樣簡單、直觀。26精選2021版課件線掃描分析

電子束沿一條分析線進(jìn)行掃描(或試樣臺移動掃描)時，能獲得元素含量變化的線分布曲線。如果和試樣形貌像(二次電子像或背散射電子像)對照分析,能直觀地獲得元素在不同相或區(qū)域內(nèi)的分布。沿感興趣的線逐點(diǎn)測量成分，也可以獲得該線的成分變化曲線。線分析是一種定性分析。27精選2021版課件線掃描分析特點(diǎn)1、線掃描可以用照相紀(jì)錄或計(jì)算機(jī)作圖。線高度代表元素含量，同種元素在相同條件下可以定性比較含量變化。2、因?yàn)椴煌禺a(chǎn)生的X射線產(chǎn)額不同，所以元素之間的峰高不能進(jìn)行元素含量的比較。3、線掃描越過相界或者擴(kuò)散層(例如纖維表面）時的線上升或者下降斜率較小時，不能確定是元素成分的變化，可能是時間常數(shù)引起的斜率變化。4、即使元素含量沒有變化，沿掃描線的元素分布通常也不是一條直線，這是由于X射線計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)漲落引起的。28精選2021版課件Fe、Cr、Al、Si線分布掃描線29精選2021版課件面掃描分析

將電子束在試樣表面掃描時，元素在試樣表面的分布能在屏幕上以亮度（或彩色）分布顯示出來（定性分析)，亮度越亮，說明元素含量越高。研究材料中雜質(zhì)、相的分布和元素偏析常用此方法。面分布常常與形貌像對照分析。點(diǎn)、線、面分析方法用途不同，檢測靈敏度也不同，定點(diǎn)分析靈敏度最高，面掃描分析靈敏度最低,但觀察元素分布最直觀。要根據(jù)試樣特點(diǎn)及分析目的合理選擇分析方法。30精選2021版課件Ti合金復(fù)合材料：Ti、TiB、TiC、Y2O3相TiCY31精選2021版課件定量分析在穩(wěn)定的電子束照射下，由譜儀得到的X射線譜在扣除了背景計(jì)數(shù)率之后，各元素的同類特征譜線（一般采用Kα）的強(qiáng)度值與它們的濃度相對應(yīng)。即經(jīng)過背景校正后的強(qiáng)度測量值I與其濃度C成正比。32精選2021版課件EPMA、SEM區(qū)別EPMA：用于成分分析、形貌觀察，以成分分析為主。主要用WDS進(jìn)行元素成分分析、檢出角大、附有光學(xué)顯微鏡（OM），可以準(zhǔn)確定位工作距離(物鏡極靴下表面與試樣表面之間的距離)、束流大、穩(wěn)定（10－3/h)，所以定量結(jié)果準(zhǔn)確度高,檢測極限低。缺點(diǎn)：真空腔體大，成分分析束流大，所以電子光路、光闌等易污染，圖像質(zhì)量不如SEM，EPMA二次電子像分辨率為3nm(場發(fā)射）、5nm(LaB6)、6nm（W燈絲）。33精選2021版課件

SEM：用于形貌觀察、成分分析（一般用EDS分析），以形貌觀察為主,束流穩(wěn)定度為10－2/h左右，大量數(shù)據(jù)測量時穩(wěn)定時間不能滿足要求。圖像分辨率高，F(xiàn)ESEM:0.4納米－1納米；W燈絲SEM：3納米EPMA比SEM價格貴幾倍。34精選2021版課件小結(jié)：EPMA成分分析時電流大；檢出角大；有能精確定位分析點(diǎn)的OM；WDS的波長分辨率及檢測極限均優(yōu)于EDS?，F(xiàn)在成分定量分析要求較高的材料科學(xué)、冶金、地質(zhì)等領(lǐng)域一般都配備了EPMA。意大利警方配備WDS前，分析結(jié)果經(jīng)常被黑手黨的WDS分析結(jié)果推翻，現(xiàn)在意大利警方都同時了EDS和WDS。即使現(xiàn)在SEM配備了WDS，成分定量分析結(jié)果一般也不如EPMA,SEM－EDS還無法完全代替EPMA。35精選2021版課件EPMA生產(chǎn)廠家

掃描型EPMA是1960年問世。我國從六十年代中開始陸續(xù)引進(jìn)，國內(nèi)現(xiàn)有可用的各種電子探針約100臺，日本超過1500臺?，F(xiàn)在世界上生產(chǎn)EPMA的廠家有三家：日本電子公司、日本島津公司和法國的CAMECA公司。1977我國曾試制過2臺EPMA；現(xiàn)在只生產(chǎn)SEM。36精選2021版課件日本電子公司EPMA歷史1961年開始生產(chǎn)第一代EPMA,JXA-2,后來生產(chǎn)JXA-3；JXA-5.1971年開發(fā)出SEM-EPMA有機(jī)結(jié)合的第四代：JXA－50A1982年推出第五代計(jì)算機(jī)控制的彩色面分布圖的JCMA-733(前身為JCXA-733)，之后有JXA－8621（EDS組合）；JXA－8800/890037精選2021版課件JXA-8100/8200：第八代EPMA

二十一世紀(jì)開始，推出電子光學(xué)系統(tǒng)自動化功能（自動合軸、自動找燈絲加熱飽和點(diǎn)）、高衍射效率的分光晶體、兩種羅蘭園半徑、高精度的譜儀驅(qū)動及試樣臺驅(qū)動、分析功能多、分析速度快及定量分析準(zhǔn)確度高的第八代：JXA-8100（LaB6/W)/8200（EDS）,一個鼠標(biāo)，一個鍵盤－JEOL的EDS。38精選2021版課件JXA-8200viewScanningdisplayEWSdisplay1mouse，1keyboardFlattop&compactdisplaybydigitalcontrolOutline2Operatingpanel，Joystick39精選2021版課件新型電子探針

為了提高燈絲亮度和圖像分辨率，近年的電子探針已經(jīng)有LaB6電子槍(日本電子公司JXA-8100)，二次電子像分辨率為5納米；CeBix電子槍（03年日本島津公司EPMA-1610），二次電子像分辨率為5納米；以及日本電子公司2003年推出的場發(fā)射電子槍的JXA-8500F電子探針，二次電子像分辨率為3納米。新燈絲亮度高、分辨率高、束經(jīng)小、燈絲壽命長。高真空度減少污染。40精選2021版課件中科院上海硅酸鹽所JXA-8100電子探針41精選2021版課件EPMA/SEM-EDS的特點(diǎn)

EPMA、SEM-EDS是應(yīng)用最廣泛的儀器，EDS的發(fā)展，幾乎成了EPMA、SEM的標(biāo)配?，F(xiàn)在許多SEM還配備了WDS。

EPMA、SEM-EDS的儀器構(gòu)造、成像原理、分析原理、WDS及EDS定量修正過程都相同，雖然功能、特點(diǎn)不完全相同。42精選2021版課件波譜儀:WDS能譜儀:EDS國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO)在EPMA國際標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(ISO23833－2005)中規(guī)范了EDS、EDX、WDS、WDX、EPMA等的縮寫含義，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)制定的國家標(biāo)準(zhǔn)稿已通過：能譜儀：EDS（EnergyDispersiveSpectrometer)能譜法：EDX（EnergyDispersivex-rayspectrometry）波譜儀：WDS（wavelengthdispersivespectrometer）波譜法：WDX（wavelengthdispersivex-rayspectrometry）