电子探针EPMA

6 样品制备（一）
WDS分析样品表面要求：一般来讲，样品必须研 磨到完全能够用来作光学显微镜观察那种程度。表 面凹凸对入射电子在样品内的行径及特征X射线的 产生有着极大的影响，使得分析结果的可靠性降低， 因而将样品表面尽可能平整是很必要的。 对做过表面处理（电镀、渗碳、表面氧化等）样品 的横截面样品边沿部分分析时，必须使用包埋材料， 不论样品大小，如果不能嵌入包埋材料中就进行研 磨、抛光，必然会使表面附近变圆或造成倾斜，致 使分析结果不准确。
6 样品制备（三）
粉末样品及薄膜样品的制备 通常采用的方法有： 1、将粉末样品或薄膜样品粘在导电胶上； 2、将样品混入导电的包埋树脂等材料中，然 后使其硬化而将样品固定等方法 对于粉末样品，如果样品量足够多，每个颗 粒又都一样，而且只想了解其成分的时候， 也可以压制成型机烧结等办法把粉末样品压 在一起，然后和块状样品一样地进行处理。
电子枪
ＨＤ
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ＭＯ ＦＤ 用于观察ＣＲＴ ＥＷＳ ＤＤＳＣ Ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｅｍｏｒｙ Ｃｏｌｏｒ ｐｒｉｎｔｅｒ ＣＣＤ Ｉｍａｇｅ ｍｅｍｏｒｙ ＣＬ 光学 观察系 Ｘ射线检测器 ＳＥＤ 分光（色散）晶体
自动ｖａｌｖｅＯＬ 样 品ｓｔａｇｅ
Ｔｒａｃｋｂａｌｌ
Ｍｏｕｓｅ
备用抽真空 ＤＰ
扫描位置变化（大小从几十微米到几毫米） 晶体角度固定
何时选作
（3）线分析结果（一）
（3）线分析结果（二）
4 电子探针的应用
表面观察
二次电子 背散射电子 透射电子
成分分析
EPMA
状态分析
特征X射线
（一）表面观察
（1）断口形貌 观察 金属断口夹 杂物二次电 子形貌
（2）颗粒大小 的测定
（3）膜 层厚度
总结
该仪器已开展的校内服务工作主要有： 1、形貌相及成分相观察 2、波谱WDS的点、线、面定性分析、定量分析 校外服务主要工作有： 1、金相分析、合金析出相和夹杂物的成分鉴定等 2、零部件等失效分析 3、未知物或复杂体系的解剖 4、金属材料等成分分析
？思考题
某厂生产一批针管，经过热处理后，表面有 腐蚀缺陷，怀疑原材料有偏析或夹杂，请你 分析，你选择电子探针分析，怎么准备样品， 采用哪些分析方法？
峰值分辨率 探测灵敏度 谱线显示 分析范围 定量分析 定性分析 其他
3 电子探针的微区成分分析方法
（一）定量点分析 （二）定性分析 （1）点分析 （2）面分析 （3）线分析
（一）定量点分析
先测出试样中某一元素的X射线强度，再在同一条 件下测出纯元素（标准样品）的X射线强度，得到 相应的强度值Iy和Iy0 。 Iy Iy——样品中某一元素的X射线强度 Ky Iy0——元素的标准样品X射线强度 I y0
样 品
⑥吸收电子
③透射电子
2 电子探针的工作原理（三）
当原子序数小时： （a）加速电压低时的情况； （b）加速电压高时的情况； 当原子序数大时： （c）加速电压低时的情况； （d）加速电压高时的情况
加速电压大扩散区域大 原子序数小扩散区域大

电子束扩散区域的范围大小，由电子束直径、加速电压、原子序数和 样品本身密度等性质决定
2 电子探针的工作原理（一）
电子探针的主要功能是进行微区成分分析。 使用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样 品中元素的特征X射线，分析特征X射线的 波长，即可知道样品中所含元素的种类。 分析特征X射线的强度，可知样品中对应元 素的相对含量。
2 电子探针的工作原理（二）
④特征Ｘ射线
①背散射电子 ⑤CL 阴极射线发光 ②二次電子
扫描位置固定（大小1-100μm），转动晶 体角度接收不同波长的信号。
何时选作
（1）定性点分析
结果
（二）定性分析
(2)面分析 将波谱仪固定在所要测量的某一元素特征X射线波 长的位置上，使电子束沿着某一指定的面进行扫描， 便可测得这一元素在该面上浓度分布图。 可以选择样品台或电子束沿直线运动两种模式进行 扫描。一般高倍放大（3000倍以上）时，选择电 子束扫描；低倍时选择样品台扫描。
6 样品制备（二）
样品的导电性和喷镀 电子探针分析用样品导电性需良好，所以要求必须接地， 因而必须使用良导体以某种方式把样品和样品台连接起 来，利用双面碳导电胶带将样品固定在样品台比保证良 好的导电性。 当样品本身导电性不好时，如果不经特别处理，就会使 入射电子束在由于样品带电所产生的电场中出现混乱， 或者导致电子束照射点在分析过程中变动（漂移），以 及造成吸收电流的极大变化（放电），从而使分析无法 进行。为了使这些非导体样品也带上导电性，采用将金 （Au）、铂（Pt）、碳（C）或轻金属（Al)在真空中 喷渡在样品表面的方法。在选择喷渡时喷渡元素必须不 在所要检测的元素中。
试样中的Ky值与质量浓度Cy的关系： Z——原子序数修正项 Cy=ZAFKy A——吸收修正项 F——二次荧光修正项 定量分析：先确定要检测元素，根据波长选择晶体位置， 检测该元素的衍射计数强度 扫描位置固定（大小1-100μm），晶体角度固定
何时选作
结果
（二）定性分析
（1）点分析 将电子束固定在需要分析的微区上，用波 谱仪分析时可改变分光晶体和探测器的位置， 得到全波谱谱线，从而得到该微区内全部元 素定性含量。
6 样品制备（四）
在对强磁性样品进行分析时，由于电子束会 受到磁场的影响，所以使分析位置保持不变 是困难的。如果可能，要先去磁，方能上机 分析。
总结
电子探针EPMA1600集波谱WDS分析于一体，在 成分分析尤其是微区成分分析中具有无与伦比的优 越性。
电子探针特点：
1） 2） 3） 4） 显微结构分析 元素分析范围广（5B-92U) 定量分析灵敏度(0.001%wt) 、精度高 不损坏试样，分析速度快
（二）成分分析
夹杂物 、析出相 、偏析、 焊接 、镀层、 薄膜 等等 检测其成分，及其某种元素在某个 区域的分布
析出相
焊接
Si
O Ni
O
Ni
N
膜层
Si N
（三）价态分析
确定某个元素以哪一种状态存在。 比如: Al元素存在的形式 单质、 二价 、三 价？
4 电子探针的应用
广泛应用于材料科学、矿物学、冶金学、犯 罪学、生物化学、物理学、电子学和考古学 等领域; 对任何一种在真空中稳定的固体，均可以用 电子探针进行成份分析和形貌观察; 现在材料科学、电子学、矿物学及冶金学等 应用最广泛。
电子探针(EPMA-1600)
Electron probe microstructure analysis
电子探针
1 2 3 4 5 6 结构 工作原理 分析方法 ** 应用 实例分析 ** 样品制备 **
1电子探针的结构
控制・Ｄａｔａ处理 Ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ接口 ＥＰＭＡ主机
2 电子探针的工作原理（四）
K系 激发
Kα
原子核
Kβ Lα
K系 辐射 L系 辐射 β
M系 激发 Mα
Lγ
Mβ
特征X射线谱线的命名： 跃迁始态为K激发态所发射的特征X射线统称为K系谱线；L、M系等依次类推
2 电子探针的工作原理（四）
5 ≦ Z<32的较轻元素，只出现一个Kα双峰和 一个较高能量的Kβ峰，用K线系计算； 32≦Z ≦ 72的较重元素，增加了几个L峰，它 们大多数有一个Kα双峰，其后跟随具有更高能 量的β、γ群，用L线系计算； 72<Z ≦ 92的重元素，没有K峰，除L峰外还 有出现M峰，通常用M线系计算。
5 实例分析
1） 表面镀锌低碳钢断裂截面分析可能原因
2） 在Fe基材料中添加Zr Ti Nb等合金元素，元 素是如何分布在合金中？
3 合金中相成分分析
1
2
3
6 样品制备
样品范围：样品一般只限于固体样品，包括金属、矿 物、陶瓷、生物样品等等，要求这类固体绝对不能 放出蒸汽或气体之类的 样品大小：分析样品大小的最大限度是由仪器尤其由 样品室及样品台的大小来决定的。从分析操作的角 度来讲，圆柱形直径7~8mm，方形5mm *10 m m 面积大小最适宜，厚度不超过10mm，2mm最 适宜。 标记：EPMA1600通过记取分析点的坐标值（X,Y） 来确定分析位置的范围，可以用维氏显微硬度计的 压痕、画线或用适当的覆盖等来指明分析部位。…
2 电子探针的工作原理（五）
波谱仪
2dSinθ=nλ
晶体
入 射 电 子 束
混合波长 的X射线
d θ1 θ θ2 2θ λ2
样品
λ1
λ
2 电子探针的工作原理（六）
波谱仪与能谱仪的区别
波谱仪 探测效率 需要大束流，探测效率低常用B.C电流在 20nA以上 好，谱线能分离，峰背比高 对块状试样，由于峰背比高，最好情况下 最小探测限度可达0.001wt%； 可同时使用4道波谱仪，显示所有谱线， 定性分析时间长，1-20分钟时间才完成。 分析范围小（直径1~100μm），不宜做 大面积内的平均成分分析。 精度高，能做轻元素及有重峰存在时的分 析。 擅长做线分析和面分析，点分析速度慢 有复杂的机械系统，操作麻烦复杂，不易 掌握，售价贵。 能谱仪 不受聚焦圆的限制，探测器可以靠近试样放置，可 用小束流获得较多的X射线，探测效率高。常用 B.C电流7nA左右 不好，谱线有重叠现象，峰背比低。 对块状试样，由于峰背比低，最好情况下最小探测 限度可达0.01wt%； 同时显示所有谱线，定性分析速度快，几十秒时间 可完成。 分析范围大（最大可至5mm左右） 对中等浓度的元素可得到良好的分析精度。 获得全谱的速度快，做点分析方便。线面分析不太 好。 基本无可动部件操作，简单易操作，售价便宜。
扫描位置变化（大小从几十微米到毫米）， 晶体角度固定
何时选作
面分析结果
（二）定性分析
（3）线分析 将波谱仪固定在所要测量的某一元素特征X射线波长的 位置上，使电子束沿着某一指定直线进行扫描，便可测 得这一元素沿该直线浓度分布曲线。 可以选择样品台或电子束沿直线运动两种模式进行扫描。 一般高倍放大（3000倍以上）时，选择电子束扫描； 低倍时用样品台扫描。 线分析两种情况：线分析和面分析上处理的线分析