电子探针分析技术在地学中的应用进展

电子探针分析技术在地学中的应用进展

摘要电子探针分析技术（EPMA）是一种应用较早、且至今仍具有独特魅力的多元素分析技术。二战以后，世界经济和社会的迅猛发展极促进了科学技术的进步，电子探针分析技术（EPMA）也进入了一个快速发展时期。在地学领域的应用中，取得了令人瞩目的成就。文章就该技术的发展历史、发展趋势及在地学中的应用进展等方面做出了具体阐述。

关键词：电子探针；地学；应用进展

1引言

电子探针是电子探针X射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA （Electron Probe X-ray Micro-Analyser），它用一束聚焦得很细（50nm 〜1卩m）的加速到5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分析试样上某个“点”（一般直径为1-50um ），利用试样受到轰击时发射的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。

随着电子光学技术和计算机技术的发展，现在的EPMA同时具有扫描电镜SEM的形貌观察、结构分析等功能。不但像仪器发明之初那样，以金属和矿物样品中不同相或不同组成的成分分析为主要目的，而且也应用在冶金、电子电器件、瓷、塑料、纤维、木材、牙齿、骨骼、叶、根等等方面。其应用领域之广泛，

可说目前已经涉及到所有固体物质的研究工作中，尤其在材料研究工作方面。这种仪器不仅是研究工作中的重要工具，而且也是质量检查的手段之一。本文仅对EPMA在地学领域中的应用进展加以阐述。

2电子探针的发展历史简介

电子探针分析的基本原理早在1913年就被Moseley发现，但直到1949 年，法国的Castaing在guinier教授的指导下，才用透射电镜（TEM）改装成一台电子探针样机。1951年6月，Castaing在他的博士论文中，不仅介绍了他所设计的电子探针细节，而且还提出了定量分析的基本原理。现在电子探针的定量修正方法尽管作了许多修正，但是，他的一些基本原理仍然适用。1955年Castaing在法国物理学会的一次会议上，展出了电子探针的原形机，1956年由法国CAMECA公司制成商品，1958年才把第一台电子探针装进了国际镍公司

Word 资料

的研究室中，当时的电子探针是静止型的，电子束没有扫描功能。

1956年英国的Duncumb发明了电子束扫描方法，并在1959年安装到电子探针仪上，使电子探针的电子束不仅能固定在一点进行定性和定量分析，而且可以在一个小区域扫描，能给出该区域的元素分布和形貌特征，从而扩大了电子探针的应用围。扫描型电子探针商品是1960年问世。

70年代开始，电子探针和扫描电镜的功能组合为一体，同时应用电子计算

机控制分析过程和进行数据处理，例如当时日本电子公司(JEOL)的JCXA —733电子探针，法国CAMECA 公司的CAMEBAX —MICRO电子探针，以及日本岛津公司的EPM—810Q型电子探针仪，均属于这种组合仪。计算机控制的电子探针-扫描电镜组合仪的出现，使电子探针显微分析进入了一个新的阶段。

八十年代后期，电子探针又具有彩色图像处理和图像分析功能，计算机容量扩大，使分析速度和数据处理时间缩短，提高了仪器利用率，增加了新的功能。日本电子公司的JXA-8600系列和岛津公司的EPMA-8705系列就是这种新一代仪器的代表。

九十年代初，电子探针一般与能谱仪组合，电子探针、扫描电镜可以与任何一家厂商的能谱仪组合，有的公司已有标准接口。日本电子公司的JXA-8621电子探针为波谱(WDS)和能谱(EDS)组合仪，用一台计算机同时控制WDS和EDS, 使用方便。九十年代中期，电子探针的结构，特别是波谱和样品台的移动有新的改进，编码定位，通过鼠标可以准确定波谱和样品台位置，例如日本电子公司的JXA —8800系列，日本岛津公司的EPMA —1600等，均属于这类仪器。新型号的EPMA和SEM的控制面板，已经没有眼花缭乱的各种调节旋钮，完全由屏幕显示，用鼠标进行调节和控制。

3我国电子探针发展趋势

我国从六十年代初开始陆续引进了一定数量的电子探针和扫描电镜，与此同时也开始了电子探针和扫描电镜的研制工作，并生产了几台电子探针仪器，但由于种种原因，仪器的稳定性和可靠性及许多其它技术指标，与国外同类仪器相比还有一定的差距，很快就停止生产，电子探针到现在为止还靠进口。现在世界上生产电子探针的厂家主要有三家，即日本电子公司、日本岛津公司和法国的

CAMECA 公司。

今后电子探针将向更自动化、操作更方便、更容易、更微区、更微量、功能更多的方向发展。彩色图像处理和图像分析功能会进一步完善，定量分析结果的准确度也会得到提高，特别是对超轻元素（Zv10）的定量分析方法将会逐步完善。近年来已经有人对X射线产生的深度分布函数①（pZ）进行了深入研究，并作了一些修正，在①（pZ）表达式中引进了新的参数，使①（pZ）函数更接近于实际的深度分布，这种称为PRZ的定量修正方法已经取得了较好的结果。对超轻元素，已经有人提出了新的修正函数及新的质量吸收系数，可以预料，随着人们对电子与物质相互作用的深入了解，定量修正模型将逐渐完善。

电子探针分析虽然还存在一些问题，但它仍然是目前微区定量分析最可靠的仪器，不管是分析过程及修正的物理模型都比较完善，所得结果也是可靠的，这

就是电子探针之所以能得到广泛应用的主要原因。随着科技的不断发展，电子探针与其他技术相结合在地学领域中的应用将越来越广泛。

4电子探针技术在地质上的应用进展

4.1电子探针技术的特点

优势：（1）小：分析区域小于1mm，可研究物质成分的微观变化，分析固态包

体、斑晶、出溶及环带结构等，根据成分特征引出成因信息等；

（2）高：绝对灵敏度高，感量可达10 - 14 - 10 - 15g，相对灵敏度为

0.01 %;

（3）广：分析元素围广，分析原子序数4-92的元素；

（4）不：a不用分选单矿物；b不污染样品；c不破坏样品；d不受样品类型限制；

（5）多：一机多能：可以观察二次电子像（SEI）、背散射电子像（BSE）以及阴极荧光像（CL ）。可对试样微区物质表面形态、结构构造的形貌分析；可对试样1m2-几（mm ）2围元素进行面分布扫描，了解元素在物质中的赋存状态；仪器具备能谱分析（定性）和波谱分析（定量）；可以接电子背散射衍射（EBSD）观察晶体取向。

（6）快：制样简单、分析速度快、结果直观。

局限：（1）不能分析挥发份；

（2）不能确定变价元素的价态；

（3）不能分析超轻元素；