X射線光譜分析

關(guān)于X射線光譜分析12第五章X射線光譜分析成分和價(jià)鍵分析概論X射線的產(chǎn)生X射線與物質(zhì)的相互作用X射線光譜分析第2頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天35.1成分和價(jià)鍵分析概論基本原理：核外電子的能級(jí)分布反應(yīng)了原子的特征信息。利用不同的入射波激發(fā)核外電子，使之發(fā)生層間躍遷，在此過(guò)程中產(chǎn)生元素的特征信息。根據(jù)出射信號(hào)的不同，成分分析手段分為兩類：X光譜和電子能譜，出射信號(hào)分別是X射線和電子。X光譜包括X射線熒光光譜（XFS）和電子探針X射線顯微分析（EPMA）電子能譜包括X射線光電子能譜儀（XPS）、俄歇電子能譜儀（AES）、電子能量損失譜（EELS）等。第3頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天4各種分析手段的特點(diǎn)X光譜(所探測(cè)的樣品出射信號(hào)是X射線)：表面＋內(nèi)部信息空間分辨率不高無(wú)法探測(cè)元素的化學(xué)環(huán)境電子能譜(所探測(cè)的樣品出射信號(hào)是電子)：表面元素分析表面元素價(jià)態(tài)分析第4頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天5基本原理入射電磁波或物質(zhì)波與樣品原子作用，導(dǎo)致原子的總能量升高處于激發(fā)狀態(tài)。激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，原子較外層電子將躍遷入內(nèi)層填補(bǔ)空位，使總能量降低趨于穩(wěn)定。躍遷的始態(tài)和終態(tài)的能量差?E為原子的特征能量，由元素種類決定，并受原子所處環(huán)境的影響?？梢愿鶕?jù)一系列的?E確定樣品中的原子種類和價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。樣品發(fā)射的俄歇電子、光電子動(dòng)能或X射線波長(zhǎng)就由?E決定。第5頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天65.2X射線的產(chǎn)生

X射線的本質(zhì)X射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，在電磁波譜上位于紫外線和γ射線之間，波長(zhǎng)范圍是0.5-2.5埃。具有波粒二象性X射線的能量與頻率或波長(zhǎng)有關(guān)第6頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天7第7頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天8電磁波第8頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天9X射線的產(chǎn)生原理

電子束轟擊內(nèi)層電子逸出，外層電子躍遷能量差釋放特征X射線電子與原子核作用，能量損失連續(xù)X射線第9頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天10X射線譜X射線的強(qiáng)度I隨波長(zhǎng)λ變化的關(guān)系曲線。X射線強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)與X射線傳播方向垂直的單位面積上的光量子數(shù)目的能量總和。X射線管陽(yáng)極靶發(fā)射出的X射線譜分為兩類：連續(xù)X射線譜和特征X射線譜第10頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天11連續(xù)X射線譜X射線譜由連續(xù)譜和特征譜組成.連續(xù)譜，包括一個(gè)連續(xù)的X射線波長(zhǎng)范圍，有兩個(gè)基本指標(biāo)即λ0和λm實(shí)驗(yàn)規(guī)律及解釋連續(xù)X射線的總能量隨管電流、陽(yáng)極靶原子序數(shù)和管電壓的增加而增大。

第11頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天12特征X射線譜對(duì)于W靶的X光管來(lái)講，當(dāng)管電壓增大到20KV以上時(shí)，則將在連續(xù)譜基礎(chǔ)上產(chǎn)生波長(zhǎng)一定的譜線特征X射線（標(biāo)識(shí)X射線）。特征波長(zhǎng)值是固定的，僅與陽(yáng)極靶材有關(guān)。既使電壓繼續(xù)增大，也只有強(qiáng)度增大而波長(zhǎng)固定不變。當(dāng)一個(gè)外來(lái)電子將K層的一個(gè)電子擊出成為自由電子，這時(shí)位于較外層較高能量的L層電子就躍遷到K層。這個(gè)能量差ΔE=EL-EK=hν將以X射線的形式放射出去，其波長(zhǎng)λ＝h/ΔE必然是個(gè)僅僅取決于原子序數(shù)的常數(shù)。這種由L→K的躍遷產(chǎn)生的X射線我們稱為Kα輻射，同理還有Kβ輻射，Kγ輻射。不過(guò)離開原子核越遠(yuǎn)的軌道產(chǎn)生躍遷的幾率越小，所以高次輻射的強(qiáng)度也將越來(lái)越小。第12頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天13第13頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天14特征X射線Kα和Kβ兩個(gè)特征射線Moseley定律決定特征X射線的波長(zhǎng)(1/λ)1/2=K(Z-σ)第14頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天155.3X射線與物質(zhì)的相互作用X射線到達(dá)物質(zhì)表面后的能量將分為三大部分，即散射、吸收、透射X射線被物質(zhì)散射時(shí)可以產(chǎn)生兩種散射現(xiàn)象，即相干散射和非相干散射X射線非相干散射示意圖

第15頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天161相干散射和非相干散射物質(zhì)對(duì)X射線散射的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)中的電子與X光子的相互作用。當(dāng)入射光子碰撞電子后，若電子能牢固地保持在原來(lái)位置上（原子對(duì)電子的束縛力很強(qiáng)），則光子將產(chǎn)生剛性碰撞，其作用效果是輻射出電磁波-----散射波。這種散射波的波長(zhǎng)和頻率與入射波完全相同，新的散射波之間將可以發(fā)生相互干涉-----相干散射。X射線的衍射現(xiàn)象正是基于相干散射之上的。當(dāng)物質(zhì)中的電子與原子之間的束縛力較小（如原子的外層電子）時(shí)，電子可能被X光子撞離原子成為反沖電子。因反沖電子將帶走一部分能量，使得光子能量減少，從而使隨后的散射波波長(zhǎng)發(fā)生改變。這樣一來(lái)，入射波與散射波將不再具有相干能力，成為非相干散射。作為晶體衍射的背底。第16頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天172X射線的吸收

X射線將被物質(zhì)吸收，吸收的實(shí)質(zhì)是發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。這種能量轉(zhuǎn)換主要包括光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)。光電效應(yīng)

：當(dāng)入射X光子的能量足夠大時(shí)，還可以將原子內(nèi)層電子擊出使其成為光電子。被打掉了內(nèi)層電子的受激原子將產(chǎn)生層電子向內(nèi)層躍遷的過(guò)程，同時(shí)輻射出波長(zhǎng)嚴(yán)格一定的特征X射線。為區(qū)別于電子擊靶時(shí)產(chǎn)生的特征輻射，由X射線發(fā)出的特征輻射稱為二次特征輻射，也稱為熒光輻射。俄歇效應(yīng)第17頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天18俄歇電子的產(chǎn)生——俄歇效應(yīng)當(dāng)具有足夠能量的粒子（光子、電子或離子）與一個(gè)原子碰撞時(shí)，原子內(nèi)層軌道上的電子被激發(fā)出后，在原子的內(nèi)層軌道上產(chǎn)生一個(gè)空穴，形成了激發(fā)態(tài)正離子。例如X射線激發(fā)固體中的原子內(nèi)層電子，原子在發(fā)射光電子的同時(shí)內(nèi)層出現(xiàn)空位,此時(shí)原子處于激發(fā)態(tài)，將會(huì)以兩種方式退激發(fā)：發(fā)射特征X射線：原子內(nèi)層(例如K層)出現(xiàn)空位，較外層(例如L層)電子向內(nèi)層輻射躍遷，發(fā)射熒光(二次)X射線，h=E=EL-EK。第18頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天19在這激發(fā)態(tài)離子的退激發(fā)過(guò)程中，外層軌道的電子可以向該空穴躍遷并釋放出能量，而該釋放出的能量又可以激發(fā)同一軌道層或更外層軌道的電子使之電離而逃離樣品表面，這種出射電子就是俄歇電子。發(fā)射俄歇電子:以K層出現(xiàn)空位為例，L層(如L2層)電子向K層躍遷，多余能量不以產(chǎn)生輻射的形式釋放，而使L層上另一電子脫離原子發(fā)射出去，此電子即稱為俄歇電子顯然，俄歇效應(yīng)是一個(gè)無(wú)輻射躍遷過(guò)程第19頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天20光電子、熒光X射線及俄歇電子產(chǎn)生過(guò)程第20頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天21光電子、熒光X射線及俄歇電子產(chǎn)生過(guò)程第21頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天22X射線與物質(zhì)的相互作用除此之外，X射線穿透物質(zhì)時(shí)還有熱效應(yīng)，產(chǎn)生熱能。我們將光電效應(yīng)，俄歇效應(yīng)和熱效應(yīng)所消耗的那部分入射X射線能量稱為物質(zhì)對(duì)X射線的真吸收?？梢?，由于散射和真吸收過(guò)程的存在（主要是真吸收），與物質(zhì)作用后入射X射線的能量強(qiáng)度將被衰減。當(dāng)吸收物質(zhì)一定時(shí)，X射線的波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易被吸收，吸收體的原子序數(shù)越高，X射線越容易被吸收。第22頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天23X射線與固體材料相互作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)

第23頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天245.4X射線光譜分析波譜儀和能譜儀（電子探針）分析方法當(dāng)用X射線、高速電子和其它高能粒子轟擊樣品時(shí)，試樣中各元素的原子若受到激發(fā)，將處于高能量狀態(tài)，當(dāng)它們向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，產(chǎn)生特征X射線。將產(chǎn)生的特征X射線按波長(zhǎng)或能量展開，所得譜圖即為波譜或能譜，從譜圖中可辨認(rèn)元素的特征譜線，并測(cè)得它們的強(qiáng)度，據(jù)此進(jìn)行材料的成分分析。第24頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天255.4.1概述電子探針儀（EPMA）是一種微區(qū)成分分析儀器。采用被聚焦成小于1um的高速電子束轟擊樣品表面，利用電子束與樣品相互作用激發(fā)出的特征x射線，測(cè)量其λ和Ι，確定微區(qū)的定性、定量的化學(xué)成分。能方便地分析從4Be到92U之間的所有元素。SEM-EPMA組合型儀器，具有掃描放大成像和微區(qū)成分分析兩方面功能。第25頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天26

高能細(xì)聚焦電子束與樣品相互作用，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長(zhǎng)（或特征能量）和強(qiáng)度，可確定組成樣品的元素種類及其含量。電子探針的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是X射線譜儀，用來(lái)測(cè)定特征波長(zhǎng)的譜儀叫做波譜儀；用來(lái)測(cè)定X射線特征能量的譜儀叫能譜儀。微區(qū)分析：電子束固定在某一微區(qū)檢測(cè)濃度極限：10-4；絕對(duì)感量：10-14g（如果采樣體積為1μm3,對(duì)應(yīng)質(zhì)量10-10g）第26頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天27工作原理利用一束聚焦到很細(xì)且被加速到5～30kev的電子束，轟擊用顯微鏡選定的待分析樣品上的某個(gè)“點(diǎn)”，利用高能電子與固體物質(zhì)相互作用時(shí)所激發(fā)出的特征X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的不同，來(lái)確定分析區(qū)域中的化學(xué)成分。具有足夠能量的細(xì)電子束轟擊試樣表面，激發(fā)特征x射線，其波長(zhǎng)為：λ與樣品材料的Z有關(guān)，測(cè)出λ，即可確定相應(yīng)元素的Z。某種元素的特征x射線強(qiáng)度與該元素在樣品中的濃度成比例，測(cè)出x射線I，就可計(jì)算出該元素的相對(duì)含量。第27頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天28電子探針結(jié)構(gòu)第28頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天295.4.2波譜儀（WavelengthDispersiveSpectrometer，簡(jiǎn)稱WDS）特征X射線的波長(zhǎng)：決定于初態(tài)和終態(tài)的能量差

hν=Ei-Ef=hc/λ特征X射線波長(zhǎng)與原子序數(shù)的關(guān)系λ=B(Z-C)-2

其中B、C是常數(shù)，與譜族有關(guān)根據(jù)Bragg方程，從試樣激發(fā)出的X射線經(jīng)適當(dāng)?shù)木w分光，波長(zhǎng)不同的特征X射線有不同的衍射角。利用此原理制成的譜儀就叫波長(zhǎng)色散譜儀，簡(jiǎn)稱波譜儀（WDS）。第29頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天30工作原理由布拉格定律，從試樣中發(fā)出的特征X射線，經(jīng)一定晶面間距的晶體分光，波長(zhǎng)不同的特征X射線將有不同的衍射角。連續(xù)改變

，在與X射線入射方向呈2

的位置上測(cè)到不同波長(zhǎng)的特征X射線信號(hào)。由莫塞萊定律可確定被測(cè)物質(zhì)所含元素。第30頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天31

根據(jù)Bragg定理：nλ=2dsinθ若d,θ已知，可計(jì)算出λ。波長(zhǎng)不同的X射線將有不同的衍射角。由于sinθ的變化范圍為0～1，因此λ只能小于2d。而不同元素的特征X射線波長(zhǎng)變化很大，需要配備面間距不同的數(shù)塊分光晶體。

LiF晶體，d=4.028?測(cè)量λ=0.89-3.5?RAP晶體d=26.121?測(cè)量λ=5.8-23?第31頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天32在波譜儀中，X射線信號(hào)來(lái)自樣品表層的一個(gè)極小的體積(約1μm3)，X射線是發(fā)散的，能夠到達(dá)分光晶體表面的，只是其中極小的一部分，信號(hào)很微弱。采取聚焦方式提高測(cè)試效率。使X射線源(樣品表面被分析點(diǎn))、分光晶體和探測(cè)器三者處于同一圓周上，稱聚焦圓。從點(diǎn)光源發(fā)射出的呈發(fā)散狀的符合布拉格條件的同一波長(zhǎng)的X射線，經(jīng)彎曲晶體反射后將聚焦于一點(diǎn)。第32頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天33波譜儀：利用單晶對(duì)X射線的衍射來(lái)測(cè)量激發(fā)X射線的波長(zhǎng)，作為所含元素的依據(jù)。第33頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天34WDS特點(diǎn)：分析速度慢單個(gè)元素測(cè)量，做全分析時(shí)間較長(zhǎng)。分辨率高：10eV

譜儀分辨率是指分開、識(shí)別相鄰兩個(gè)譜峰的能力。測(cè)量精度高，多用于超輕元素Z<9測(cè)量。峰背比大背底扣除容易，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。分析元素范圍：4Be－92U樣品表面要求平整、光滑。第34頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天355.4.3能譜儀（EnergyDispersiveSpectrometer，簡(jiǎn)稱EDS）利用X光量子的能量不同進(jìn)行元素分析。對(duì)于某一種元素的X光量子有特定的能量，利用半導(dǎo)體探測(cè)器和多道脈沖高度分析器，將X光量子按能量展譜。第35頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天36單通道分析器：電子束掃描，顯示某種成分象多通道分析器：顯示微區(qū)X射線能譜某微區(qū)元素分布某種元素面分布第36頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天37

能譜儀的關(guān)鍵部件是Si(Li)檢測(cè)器，它實(shí)際上是一個(gè)以Li為施主雜質(zhì)的二極管。X光照射半導(dǎo)體，產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)數(shù)與光子能量成正比。Si(Li)（鋰漂移硅）檢測(cè)器探頭結(jié)構(gòu)示意圖第37頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天38

一個(gè)X射線的光子通過(guò)8～25

m的鈹窗口進(jìn)入探測(cè)器后會(huì)被Si原子所俘獲，Si原子吸收了入射的X射線光子后先發(fā)射一個(gè)高能電子，當(dāng)這個(gè)光電子在探測(cè)器中移動(dòng)并發(fā)生非彈性散射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。此時(shí)，發(fā)射光電子后的Si原子處于高能激發(fā)態(tài)，它的能量以發(fā)射俄歇電子或Si的特征X射線的形式釋放出來(lái)．俄歇電子也會(huì)發(fā)生非彈性散射而產(chǎn)生電子—空穴對(duì)．

Si的特征X射線也可能被重新吸收而重復(fù)以上的過(guò)程，還可能被非彈性散射．如此發(fā)生的一系列事件使得最初入射的那個(gè)X射線光子的能量完全耗盡在探測(cè)器中。第38頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天39

在檢測(cè)器兩端得到的電荷脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)放大器積分成電壓信號(hào)并加以初步放大，主放大器將此信號(hào)進(jìn)一步放大，最后輸入單道或多道脈沖高度分析器中，按脈沖電壓幅度大小進(jìn)行分類、累計(jì)，并以X射線計(jì)數(shù)(強(qiáng)度)相對(duì)于x射線能量的分布圖形顯示打印出來(lái)．第39頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天40EDS特點(diǎn)：分析速度快分辨率較低：150eV峰背比小

譜峰寬、易重疊，背底扣除困難，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜分析元素范圍：11Na－92U進(jìn)行低倍掃描成像，大視域的元素分布圖。對(duì)樣品污染作用小適于粗糙表面成分分析

不受聚焦圓的限制，樣品的位置可起伏2－3mm工作條件：

探測(cè)器須在液氮溫度下使用，維護(hù)費(fèi)用高。第40頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天41WDS與EDS比較WDS分析元素范圍廣、分辨率高、適于精確的定量分析，對(duì)樣品表面要求高、分析速度慢，易引起樣品和鏡筒的污染。EDS在分析元素范圍、分辨率方面略遜，分析速度快、對(duì)樣品表面要求不高、可用較小的束流和細(xì)微電子束，適于與SEM配合使用。第41頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天42能譜儀與波譜儀相比的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

(1)所有能量X射線同時(shí)檢測(cè),分析速度快

(2)靈敏度高，不必聚焦，對(duì)樣品表面無(wú)特殊要求，適合粗糙表面的分析

(3)譜線重復(fù)性好缺點(diǎn)

(1)能量分辨率低，峰背比低。（2）Si(Li)探測(cè)器上的鈹窗口，限制超輕元素

X射線的發(fā)射，只能分析原子序數(shù)大于11的元素。

(3)工作條件要求嚴(yán)格。Si(Li)探頭必須始終保持在液氮冷卻的低溫狀態(tài)。第42頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天43波譜儀能譜儀第43頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天445.4.4分析方法定性分析：利用X射線譜儀，先將樣品發(fā)射的X射線展成X射線譜，記錄下樣品所發(fā)射的特征譜線的波長(zhǎng)，然后根據(jù)X射線波長(zhǎng)表，判斷這些特征譜線是屬于哪種元素的哪根譜線，最后確定樣品中含有什么元素．第44頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天45定量分析

定量分析時(shí)，不僅要記錄下樣品發(fā)射的特征譜線的波長(zhǎng)，還要記錄下它們的強(qiáng)度，然后將樣品發(fā)射的特征譜線強(qiáng)度(只需每種元素選一根譜線，一般選最強(qiáng)的譜線)與成分已知的標(biāo)樣(一般為純?cè)貥?biāo)樣)的同名譜線相比較，確定出該元素的含量．為獲得元素含量的精確值，還要進(jìn)行修正，常用的修正方法有“經(jīng)驗(yàn)修正法”和“ZAF”修正法．第45頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天46電子探針分析模式以點(diǎn)、線、微區(qū)、面的方式測(cè)定樣品的成份和平均含量。定點(diǎn)分析測(cè)定樣品在某一線長(zhǎng)度上的元素分布分析模式。電子束沿樣品表面選定的直線軌跡進(jìn)行所含元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的定性或半定量分析。（線掃描分析）測(cè)定元素在樣品指定區(qū)域內(nèi)的面分布分析模式。電子束在樣品表面作光柵式面掃描，以特定元素的X射線的信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制陰極射線管熒光屏的亮度，獲得該元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的掃描圖像．（面掃描分析）第46頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天471、定點(diǎn)分析

對(duì)樣品表面選定微區(qū)作定點(diǎn)的全譜掃描，進(jìn)行定性或半定量分析，并對(duì)其所含元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行定量分析；采用多道譜儀并配以電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢譜設(shè)備，可在很短(15min)時(shí)間內(nèi)定性完成從4Be到92U全部元素的特征X射線波長(zhǎng)范圍的全譜掃描．第47頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天482、線掃描分析

電子束沿樣品表面選定的直線軌跡進(jìn)行所含元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的定性或半定量分析。利用線掃描分析可以獲得某一元素分布均勻性的信息．當(dāng)入射電子束在樣品表面沿選定的直線軌跡(穿越粒子和界面)進(jìn)行掃描時(shí)，譜儀檢測(cè)某一元素的特征X射線信號(hào)并將其強(qiáng)度(計(jì)數(shù)率)顯示出來(lái)，這樣可以更直觀地表明元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不均勻性與樣品組織之間的關(guān)系．

第48頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天49X射線信號(hào)強(qiáng)度的線掃描分析，對(duì)于測(cè)定元素在材料內(nèi)部相區(qū)或界面上的富集和貧化，分析擴(kuò)散過(guò)程中質(zhì)量分?jǐn)?shù)與擴(kuò)散距離的關(guān)系，以及對(duì)材料表面化學(xué)熱處理的表面滲層組織進(jìn)行分析和測(cè)定等都是一種十分有效的手段，但對(duì)C、N、B以及Al、Si等低原子序數(shù)的元素，檢測(cè)的靈敏度不夠高，定量精度較差。第49頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天50AB第50頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天513、面掃描分析

電子束在樣品表面作光柵式面掃描，以特定元素的X射線的信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制陰極射線管熒光屏的亮度，獲得該元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的掃描圖像．二維成分象：X射線檢測(cè)器固定在某一波長(zhǎng)，掃描電子束，用X射線檢測(cè)器的輸出信號(hào)調(diào)制同步掃描的熒光屏的亮度。成象分辨率在1μm量級(jí)。

第51頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天52

在面掃描圖像中，元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的區(qū)域應(yīng)該是圖像中較亮的部分．若將元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的不均勻性與材料的微觀組織聯(lián)系起來(lái)，就可以對(duì)材料進(jìn)行更全面的分析．應(yīng)該注意，在面掃描圖像中同一視域不同元素特征譜線掃描像之間的亮度對(duì)比，不能被認(rèn)為是各該元素相對(duì)含量的標(biāo)志．第52頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天53第53頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天54第54頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天55第55頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天56附：

二次離子質(zhì)譜

(SecondaryIonMassSpectrometry

簡(jiǎn)稱SIMS)粒子與離子的概念差異在微觀領(lǐng)域，粒子是離子、電子、光子和亞核粒子等的總稱第56頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天57概述離子束分析的概念總的來(lái)說(shuō)：以離子束作為工具，通過(guò)它與物質(zhì)相互作用來(lái)判斷物質(zhì)中元素組成及結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科具體來(lái)說(shuō)：利用具有一定能量的離子（如：質(zhì)子、alpha離子及其它重離子）束去轟擊樣品，使樣品中的元素發(fā)生電離、激發(fā)、發(fā)射和核反應(yīng)以及自身的散射等過(guò)程，通過(guò)測(cè)量這些過(guò)程中所產(chǎn)生的射線的能量和強(qiáng)度來(lái)確定樣品中元素的種類和含量的一門學(xué)科第57頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天58樣品離子束（E,q）俄歇電子離子束作用機(jī)制圖X射線γ射線發(fā)射粒子背散射粒子二次離子第58頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天59離子束分析作用機(jī)制圖次級(jí)（二次）離子質(zhì)譜SecondaryIonMassSpectrometry(SIMS)俄歇電子譜AugerElectronSpectrometry(AES)粒子誘發(fā)X射線熒光分析ParticleInducedX-rayEmission(PIXE)核反應(yīng)分析NuclearReactionAnalysis(NRA)盧瑟福背散射分析RutherfordBackscatteringSpectrometry(RBS)離子--原子作用范疇離子--原子核作用范疇彈性反沖分析ElasticRecoilDetection(ERD)第59頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天60離子束分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、分析時(shí)間短、不破壞樣品、分析范圍廣和取樣量少等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適用于痕量元素的分析在分析深度、采樣質(zhì)量、檢測(cè)靈敏度、可分析元素范圍和分析時(shí)間等方面，均優(yōu)于電子探針。具有很高的檢測(cè)極限，對(duì)雜質(zhì)檢測(cè)限通常為ppm，甚至達(dá)ppb量級(jí)能分析化合物，得到其分子量及分子結(jié)構(gòu)的信息，檢測(cè)包括氫在內(nèi)的所有元素及同位素能獲取樣品表層信息能進(jìn)行微區(qū)成分的成象及深度剖面分析缺點(diǎn)設(shè)備復(fù)雜、成本較高第60頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星