第八章 X射线显微分析

第八章 x射线显微分析

第一节 第二节 第三节 第四节

基本知识 波谱仪 能谱仪 X射线微区分析的方法

8.1.1 基本知识X射线微区分析技术是把样品的超微结构的观察与化 学元素的分析有机结合起来的一门比较新的电镜技术。 它可以对样品中小于一个微米的确定的区域进行化学 元素的定性、定量及其分布状况的分析。这种方法对 样品损伤小，能较好的保存样品的超微结构，操作也 较简单，所以广泛应用于生物医学、环境学、物理学 和地质矿物学等领域。

特征X射线 ：当样品受到高能电子束的轰击时，样品 中原子的内层电子脱离较低的能级层，使原子处于受 激发状态，原子系统的能量升高。接着，处于较高能 级的外层电子迅速跃迁到有空位的内层，并释放多于 的能量，使原子系统能量回降。外层电子释放出的能 量等于电子跃迁前后能级之间的能量差，且这种能量 将转变成X射线的辐射能。因为每层电子能级间的能量 大小是不同的，且不同的元素有不同的能量确定值， 所以电子跃迁前后能级间的能量差也是定值，进而转 变成X射线的辐射能的值也会是确定值。把这种确定的 X射线称为特征X射线。

空间分辨率：包括横向分辨率和深度分辨率两部分。它们的产生是由大部 分入射电子束到达样品时，仍有多于的能量，因而使电子在样品中沿纵深 方向穿行，并横向弹性散射，使样品中较大的体积范围内产生X射线。与入 射电子束的直径相比，样品中产生X射线的体积的深度和水平方向的长度都 要大许多，把这个体积中的包含了产生90%以上X射线的那部分算作有效分 辨率。由于是一种立体的概念，所以又称为空间分辨率。 对于透射电镜附设的X射线显微分析仪，空间分辨率的大小与电子束的能量、 样品的厚度和样品的密度等有直接的关系。一般对于200nm的超薄样品，选 用80KV以上的加速电压，可以使绝大部分入射电子穿透样品，减少电子在 样品中的横向扩散，缩小产生X射线的体积，从而提高空间分辨率。对于扫 描电镜附设的X射线显微分析，空间分辨率的大小与加速电压、样品的密度 和发射X射线的元素等直接相关。不同的元素受到同样电子束的宏基时其弹 性散射的能力是不同额，所以产生X射线的体积也是不同的，导致空间分辨 率的不同。产生X射线的体积越小，空间分辨率越高。

众所周知，X 射线是一种电磁辐射，具有波粒 二象性， 因此可以用二种方式对它进行描述。 如果把它视为连续的电磁波，那么特征X 射线 就能看成具有固定波长的电磁波，不同元素就 对应不同的特征X 射线波长，如果不同X 射线 入射到晶体上，就会产生

衍射，根据Bragg 公 式： 2dsinθ=nλ 可以选用已知面间距d 的合适 晶体分光，只要测出不同特征射线所产生的衍 射角2θ,就可以求出其波长λ,再根据公式(8·1) 就可以知道所分析的元素种类，特征X 射线的 强度是从波谱仪的探测器(正比计数管)测得。 根据以上原理制成的谱仪称为波长色散谱仪 (WDS)

能量色散谱仪 如果把 X 射线看成由一些不连续的光子组成， 光子的能量为 E= hν,h为普朗克常数，ν为光子振动频率。不同元素发出的特征 X 射线具有不同频率， 即具有不同能量，当不同能量的X射线光 子进入锂漂移硅[Si(Li)]探测器后，在Si(Li)晶体内将产生电子-空 穴对，在低温(如液氮冷却探测器)条件下，产生一个电子-空 穴对平均消耗能量ε为3.8eV。能量为E 的X 射线光子进入Si(Li)晶 体激发的电子-空穴对N=E/ε,入射光子的能量不同，所激发出的 电子-空穴对数目也不同，例如，Mn Kα能量为5.895keV,形成的 电子-空穴对为1550 个。探测器输出的电压脉冲高度，由电子- 空穴对的数目N 决定，由于电压脉冲信号非常小，为了降低噪音， 探测器用液氮冷却，然后用前置放大器对信号放大，放大后的信 号进入多道脉冲高度分析器， 把不同能量的 X 射线光子分开来， 并在输出设备(如显像管)上显示出脉冲数—脉冲高度曲线，纵 坐标是脉冲数，与所分析元素含量有关，横坐标为 脉冲高度，与元素种类有关，这样就可以测出X 射线光子的能量 和强度，从而得出所分析元素的种类和含量，这种谱仪称为能量 色散谱仪(EDS),简称能谱仪。

能谱仪70 年代问世以来，发展速度很快，现在分辨率 已达到30eV 左右，以前Be 窗口能谱仪分析元素范围 从11Na-92U,现在用新型有机膜，分析元素可从4Be -92U。元素定性、定量分析软件也有很大改善，中等 原子序数的元素定量分析准确度已接近波谱定量结果， 近年来能谱仪的图象处理和图象分析功能发展很快。 探测器的性能也有提高，能谱使用时加液氮，不使用 时不加液氮。有的能谱探测器用电制冷方法冷却，使 探头维护更方便。能谱有许多优点，例如，元素分析 时能谱是同时测量所有元素，而波谱要一个一个元素 测量，所以分析速度远比波谱快。能谱探头紧靠样品， 使X 射线收集效率提高，这有利于样品表面光洁度不 好及粉体样品的元素定性、定量分析。另外，能谱分 析时所需探针电流小，对电子束照射后易损伤的样品， 例如生物样品、快离子导体样品等损伤小。但能谱也 有缺点，如分辨率差，谱峰重叠严重，定量分析结果 一般不如波谱等。

8.2 波谱仪全称波长色散谱仪，主要由分光晶体、流 …… 此处隐藏：2023字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……