优选第十五章电子探针显微分析
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表15-1列出了常用分光晶体及其适用的波长范围
分光晶体
LiF SiO2 PET RAP KAP TAP 硬脂酸铅
表15-1 常用分光晶体数据
晶面
(200) (10-11) (002) (001) (10-10) (10-10)
—
2d/nm
0.40267 0.66862 0.874 2.6121 2.6632
直进式波谱仪，分光晶体沿直线移动，工作原理如图15-
4所示。晶体位置L、聚焦圆半径R满足， L= 2Rsin，由已知 L和 R 求出，再利用布拉格方程计
算特征 X射线波长
直进式波谱仪优点是，检测不同波长
的 X射线时，可保持出射角 不变，
有利于定量分析时的吸收修正
直进式波谱仪缺点是结构较复杂，且 占据较大空间
若晶体弯曲半径为聚焦圆 半径的 2 倍，称约翰型聚 焦法或半聚焦法；若晶体 弯曲半径与聚焦圆半径相 等，称约翰逊型聚焦法或 全聚焦法
图15-3 弹性弯曲的分光晶体 a) 约翰型聚焦法 b) 约翰逊型聚焦法
目前，新型的波谱仪多采 用全聚焦法
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针百度文库的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
特征峰的波长与元素 的原子序数对应，峰 强度对应于该元素的 含量
图15-6 合金钢(0.62Si,1.11Mn,0.96Cr,0.56Ni,0.26V,0.24Cu) 定点分析的X射线谱图
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪
(二) 分析方法
1) 样品分析点的确定 利用电子探针配置的专用光学显微镜， 将分析点准确聚焦到聚焦圆的圆周上，此时分析点正好位 于显微镜目镜标尺的中心
2.59 10.08
适用波长 /nm
0.08~0.38 0.11~0.63 0.14~0.83 0.20~1.83 0.45~2.54 0.61~1.83 1.7~9.4
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、能量分散谱仪
(一) 工作原理
如图15-7所示，能谱仪采用Si(Li)晶体作为探测器，当能 量为E 的X光子进入检测器后，将激发N个电子-空穴对，产
图15-1 电子探针的结构示意图
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪
(一) 工作原理
如图15-2所示， 在样品内激发的 X射线，向样品表面以 外的各个方向发射，而每一方向均有不同波长的X射线
在样品上方放置一块晶面间距 d 的
晶体，由布拉格定律 2d sin = 可 知，在不同的2 方向可检测到不同 波长 的X射线，从而实现X射线的
优选第十五章电子探针显微分析
1
第十五章 电子探针显微分析
本章主要内容 第一节 电子探针仪的结构与工
作原理 第二节 电子探针仪的分析方法
及应用
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
图15-1为电子探针结构示意图，其电子光学系统和真空系 统与扫描电镜基本相同 电子探针的信号检测系统是X射线谱仪， 检测X射线波长的谱 仪称波谱仪(WDS)，检测X射线能量的谱仪称能谱仪(EDS)
生一个电子-空穴对所需的能量
为，则X光子能量为 E = N
只要检测出电子 - 空穴对的数 目，就可计算出 X光子的能量
图15-7 能谱仪工作原理框图
再利用多道脉冲高度分析器分 类，绘制出按能量分散的谱图
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、能量分散谱仪 (一) 工作原理
如下图所示为氧化物的X射线能谱图，横坐标是能量，纵 坐标是强度(或计数)
如图15-5所示，回转式波谱仪检测不同波长X射线时，分 光晶体在聚焦圆周上移动，检测器以相应的2倍的角速度在同
一圆周上移动 回转式波谱仪优点是结构简单 缺点是接收不同波长 X射线时，
出射角 将发生改变，不利于定
量分析时的吸收修正
图15-5 回转式波谱仪
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪
(一) 工作原理
入射束
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪 (二) 分析方法
将分光晶体连续移动， 谱仪连续检测接收不同波长的 X 射线， 可获得如图 15-6 所示的 X 射线 谱图
图15-4 直进式波谱仪
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
2) 分光晶体的选择 对于晶面间距一定的分光晶体能检测的X 射线波长范围是有限的，所以一台电子探针通常配置3~5道 波谱仪，每道谱仪配备 2块分光晶体，可以覆盖 Be~U 所有 元素的特征 X射线波长范围。分析时根据元素特征X射线的 波长，选择合适的分光晶体
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪 (二) 分析方法
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理
分散和检测
其检测原理是利用已知晶面间距的 分光晶体检测未知波长的X射线
图15-2 平面分光晶体
但平面分光晶体检测效率非常低
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理
如图15-3， 若将分光晶体进行弹性弯曲，并将射线源 S、 分光晶体表面和检测窗口 D 位于同一圆周上， 可使衍射束聚 焦而提高检测效率，图中虚线圆称罗兰圆或聚焦圆
分光晶体
LiF SiO2 PET RAP KAP TAP 硬脂酸铅
表15-1 常用分光晶体数据
晶面
(200) (10-11) (002) (001) (10-10) (10-10)
—
2d/nm
0.40267 0.66862 0.874 2.6121 2.6632
直进式波谱仪，分光晶体沿直线移动，工作原理如图15-
4所示。晶体位置L、聚焦圆半径R满足， L= 2Rsin，由已知 L和 R 求出，再利用布拉格方程计
算特征 X射线波长
直进式波谱仪优点是，检测不同波长
的 X射线时，可保持出射角 不变，
有利于定量分析时的吸收修正
直进式波谱仪缺点是结构较复杂，且 占据较大空间
若晶体弯曲半径为聚焦圆 半径的 2 倍，称约翰型聚 焦法或半聚焦法；若晶体 弯曲半径与聚焦圆半径相 等，称约翰逊型聚焦法或 全聚焦法
图15-3 弹性弯曲的分光晶体 a) 约翰型聚焦法 b) 约翰逊型聚焦法
目前，新型的波谱仪多采 用全聚焦法
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针百度文库的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
特征峰的波长与元素 的原子序数对应，峰 强度对应于该元素的 含量
图15-6 合金钢(0.62Si,1.11Mn,0.96Cr,0.56Ni,0.26V,0.24Cu) 定点分析的X射线谱图
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪
(二) 分析方法
1) 样品分析点的确定 利用电子探针配置的专用光学显微镜， 将分析点准确聚焦到聚焦圆的圆周上，此时分析点正好位 于显微镜目镜标尺的中心
2.59 10.08
适用波长 /nm
0.08~0.38 0.11~0.63 0.14~0.83 0.20~1.83 0.45~2.54 0.61~1.83 1.7~9.4
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、能量分散谱仪
(一) 工作原理
如图15-7所示，能谱仪采用Si(Li)晶体作为探测器，当能 量为E 的X光子进入检测器后，将激发N个电子-空穴对，产
图15-1 电子探针的结构示意图
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪
(一) 工作原理
如图15-2所示， 在样品内激发的 X射线，向样品表面以 外的各个方向发射，而每一方向均有不同波长的X射线
在样品上方放置一块晶面间距 d 的
晶体，由布拉格定律 2d sin = 可 知，在不同的2 方向可检测到不同 波长 的X射线，从而实现X射线的
优选第十五章电子探针显微分析
1
第十五章 电子探针显微分析
本章主要内容 第一节 电子探针仪的结构与工
作原理 第二节 电子探针仪的分析方法
及应用
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
图15-1为电子探针结构示意图，其电子光学系统和真空系 统与扫描电镜基本相同 电子探针的信号检测系统是X射线谱仪， 检测X射线波长的谱 仪称波谱仪(WDS)，检测X射线能量的谱仪称能谱仪(EDS)
生一个电子-空穴对所需的能量
为，则X光子能量为 E = N
只要检测出电子 - 空穴对的数 目，就可计算出 X光子的能量
图15-7 能谱仪工作原理框图
再利用多道脉冲高度分析器分 类，绘制出按能量分散的谱图
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、能量分散谱仪 (一) 工作原理
如下图所示为氧化物的X射线能谱图，横坐标是能量，纵 坐标是强度(或计数)
如图15-5所示，回转式波谱仪检测不同波长X射线时，分 光晶体在聚焦圆周上移动，检测器以相应的2倍的角速度在同
一圆周上移动 回转式波谱仪优点是结构简单 缺点是接收不同波长 X射线时，
出射角 将发生改变，不利于定
量分析时的吸收修正
图15-5 回转式波谱仪
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪
(一) 工作原理
入射束
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪 (二) 分析方法
将分光晶体连续移动， 谱仪连续检测接收不同波长的 X 射线， 可获得如图 15-6 所示的 X 射线 谱图
图15-4 直进式波谱仪
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
试样
探测器
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
2) 分光晶体的选择 对于晶面间距一定的分光晶体能检测的X 射线波长范围是有限的，所以一台电子探针通常配置3~5道 波谱仪，每道谱仪配备 2块分光晶体，可以覆盖 Be~U 所有 元素的特征 X射线波长范围。分析时根据元素特征X射线的 波长，选择合适的分光晶体
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
一、波长分散谱仪 (二) 分析方法
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理 入射束
分光晶体
探测器
试样
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理
分散和检测
其检测原理是利用已知晶面间距的 分光晶体检测未知波长的X射线
图15-2 平面分光晶体
但平面分光晶体检测效率非常低
第一节 电子探针仪的结构与工作原理
二、波长分散谱仪 (一) 工作原理
如图15-3， 若将分光晶体进行弹性弯曲，并将射线源 S、 分光晶体表面和检测窗口 D 位于同一圆周上， 可使衍射束聚 焦而提高检测效率，图中虚线圆称罗兰圆或聚焦圆