电子能谱分析edx

EDX
X射线能谱
一介绍
EDS（energy dispersive spectro-scopy）能量色散谱
EDX （Energy Dispersive X-ray）
WDS（wavelength dispersive spectro-scopy）波长色散谱EDX：
X射线强度和能量曲线，定量分析样品的化学成份
主要用途：
•1) 非均匀样品的局部化学成份
•2) 较少量材料或小颗粒材料的化学成份
•3) 非均匀样品种一维或二维的成份分布
•4) 沉积在任意衬底上的薄膜成份
特点
1)铍以上元素
2)最小能探测到的重量比：0.1 wt% ——1 wt%
3)定量结果的相对误差：2－20％（取决于校正方法等）
4)在计算机控制下，1分钟以内可分析16种元素
5)空间分辨率取决于平均原子序数、样品密度、束能量等（SEM中0.2——
10微米）
获得可靠的分析结果要求样品:
·1) 样品平整光滑（尤其对定量分析，样品要抛光）
2) 可以分析表面粗糙的样品，但仅限于定性和半定量分析
3) 样品必须导热导电，必要的时候表面需要喷炭或金
推荐书目：
Scanning Electron Microscopy and X-ray microanalysis
New York 1992 （生物学、材料科学、地质学）
Scanning Electron Microscopy，X-ray microanalysis
and Anlytical Electron Microscopy
New York 1990
二定量分析
Fig.2: Schematic diagram showing
where 29<Z<37.
Detected Energy (E)Fig.5: Schematic diagram of the intensity variation of the continuum background
with energy, showing the generated and detected background energy.
Intensity (I)
Generated A ）背底和特征峰
（二）影响X 射线强度的几种因素
B）原子序数对X射线强度的影响
Variation in fluorescence yield with atomic number.
C ）荧光产生率
E ）
Mass absorption coefficient of Fe, for X-rays of varying energy
D）X 射线的吸收
探测角度：角度越小，X射线吸收越强。

（X射线探测器一般置于较大角度）
不同材料吸收不同：与吸收物原子序数和
X射线能量有关
as the energy decreases, absorption increases until it reaches maximum at the K absorption edge
E）X射线荧光（F效应）
二次发射
Spectrum of Ni-Fe alloy; shaded area indicates X-rays of sufficient energy to excite Fe K radiation.（三）ZAF校正——厚样品X射线辐射的校正
吸收Absorption
荧光fluorescence
电子背散射
样品中电子的衰减
——ZAF correction
Z 指原子序数的校正，A指吸收校正，F指荧光校正
Si = 18.7 wt%
Ca = 10.7 wt%
Fe = 10.5 wt%
Ba= 13.4 wt%
O = 38.7 wt%对不同的元素，必须经计算机计算才能得出正确
的重量比，只比较不同元素的峰高是不对的的。

三X射线测量
（一）WDX和EDX
Fig.1: Schematic representation of a WDX
spectrometer.
Fig.2: Schematic representation of an EDX spectrometer.
Fig.3: WDS spectrum of PbS at 15 KV, showing the separation of both peaks.
Fig.4: EDS spectrum of lead sulphide at 15 KV, showing strong overlap. The spectrum shows a strong tailing at the right hand side of the peak. Identification of Pb and S will both be shifted, indicating that peak overlap is present.
（二）EDX
1 探测器
Fig.5:
Schematic representation of a
solid state detector. X-rays
enter the detector through a
thin window and produce
electron-hole pairs within the
semi-conductor crystal. The
ionisation produce pulses,
which are amplified by a field
effect transistor (FET), built
into the rear of the crystal.
2 探测过程和采集效率
采集效率在2.5-15KeV之间最好
Fig.8: Resolution of characteristic X-ray lines. The FWHM position of Mn K αis generally taken as the resolving power of a detector.
2 分辨率
X 射线峰呈高斯分布
1）为什么探头要加液氮
2）探测器分辨率：由于探测器分辨率的限制，
峰型展宽，以Mn K α峰的半高宽定义探测器分辨率。

FWHM 随能量增加而增加，高度相应降低
3）dead time ：系统在处理脉冲，不接受
信号的时间，是分辨率和计数率的折中
4）正确设置鉴别器
5）时间常数：一般35～100 μs <17 μs ，无法探测到B 、C N 这样的超轻元素
Fig.9: Schematic representation of the relation
between peak height as a function of FWHM.
半高宽随X射线能量的增加而增加——Al (K at 1.486 KeV)，FWHM约95 eV；
Cu (K at 8.040 KeV)，FWHM约150 eV。

以Mn Kα峰的半高宽作为EDX的分辨率。

Fig.10: Redistribution of peak counts for
Mn Kαwith 150 eV resolution at FWHM.
一个计数率为1000的X射线表现为半高宽为150 eV最大高度为15的高斯峰
3 定期校正EDX
Fig.11: Typical calibration spectrum using the Al K and Cu K lines
4 假相：
和峰和逃逸峰：
和峰产生：在非常高的计数率下，会出现两个X射线光子在同一时刻同时进入
探测器的情况。

如果X射线光子相应于样品中的两种元素，那么
脉冲堆积会导致所谓的和峰。

解决：脉冲堆积取决于计数率，很难做出校正的办法。

为了识别和峰，可以降低计数率，观察在同样位置上新形成的峰的形状。

逃逸峰产生：一些进入探测器的X光子会产生Si K电离，这将产生Si K系的X光子
或俄歇电子。

出现[（原来的X射线能量-Si K）+Si K]能量
的脉冲。

Si K辐射能量为1.74 Kev，它会从探测器的前表面逃逸。

Si K X射线的逃逸峰几率很小，但当谱线中伴随强峰，在低于
其能量1.74 Kev处出现有效的弱峰时，它很可能是逃逸峰。

解决：原则上，来自一个具体元素的逃逸峰的强度应当属于该元素的主峰。

分析软件能够自动地从谱线中（在剥离处理后）减去逃逸峰，并
且把强度添加给它所隶属的元素。

叠峰
5 重要的能谱仪参数
1）计数率
最好使用35~50μs的时间常数以及1500~4000cps的计数率。

但如果谱线主要由低能端（<1keV）的谱峰组成时，则应使用50~100μs的时间常数以及500~1000cps的计数率
想要获得大计数输出，如在做快速X射线成分图时，应选择较快的时间常数（17μs）以及较大的计数率（10~20,000）。

但这样的条件对于轻元素不太理想。

2）加速电压
最高能量的谱线过压比至少为2，但不应高于感兴趣的最低能量谱线的10到20倍。

我们使用10来做定量分析，使用20做定性分析。

3）检出角
一般检出角应为25~40度。

该角度取决于探头的角度、位置、样品的工作距离与样品的倾斜度。