现代分析测试技术-综合评价课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现代分析测试技术,yubingy,2004.2,概述 （3,学时）,X,射线衍射分析,（6,+,6,学时）,热分析、色谱、红外光谱 （3 学时）,原子发射、原子吸收、荧光光谱（3 学时）,热分析、原子吸收、压汞、等温吸附实验（,3,学时）,已经讲授的内容及学时安排,现代分析测试技术综合评价 （3 学时）,超显微,分析技术及,SEM,实验 （3+,3,学时）,成分分析技术及,EDX、WDX,实验 （3+,3,学时）,结构分析技术及,TEM,实验（3+,3,学时）,讲授内容及课时安排,现代仪器分析实验与技术,陈培榕等,清华大学出版社,纳米材料分析,黄惠忠等 化学工业出版社,表面分析,华中一等 复旦大学出版社,表面分析技术,陆家和等 电子工业出版社,扫描隧道显微术及应用,白春礼等 上海科技出版社,材料分析测试技术,周 玉等 哈尔滨工业大学出版社,仪器分析,邓 勃等 清华大学出版社,分子光谱学专论,吴征铠等 山东科技大学出版社,课程选用教材及参考书籍,www.,jeol,.co.,jp,/,www.,ntmdt,.,ru,/,www.,shimadzu,.co.,jp,/,开放实验室,、,理化检测中心,科技期刊（光谱分析、质谱分析、电子显微学报及专业期刊）,网上资源利用,第一讲 现代分析测试技术综合评价,现代,分析测试仪器,基本特征,现代分析测试技术,综合评价,信号来源区域,图像分辨率,分析仪器灵敏度,表面检测,表层检测,体相检测,微区检测,微米级,纳米级,原子级,体相检出限低,体相检出限中,体相检出限高,XPS AES SPM,SIMS,ISS,LEED,SEM,EPA XRF,RHEED,TEM,XRD,MS,IR,LR,AAS,ICP-AES,EPA AES,XPS,SPM,TEM,FIM,SEM,AES,FEM,EPA XPS,XRF,AAS ICP-AES,EPA,XRF,LR,XRD IR,MS,常用分析测试技术及特性,仪器的必需配置,分析方法原理,仪器结构及发展,重要实验技术,联用技术,仪器,基本,配置,分析仪器,心脏,基本,定值,保证,变量,（检测）跟踪,AAS,：,基于被测元素,基态原子,在,蒸气状态,对,其原子共振辐射,的,吸收,定量研究原子受激吸收跃迁过程；,IR,：,研究分子中原子的相对振动化学键的振动，不同的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需的能量不同,吸收不同波长的红外光,不同波长出现吸收峰；,MS,：,通过对,样品离子,的,质荷比分析,来实现对样品进行定性和定量分析；,仪器的必需配置从,分析方法原理,入手,XPS,光电子发射公式：,E,k,=h-,E,b,s,XRD,X,射线的衍射：,2,dSin,=n,XRF,莫塞莱定律：,=P（Z-）,-2,Z,2,仪器的必需配置从,基本公式,入手,X,射线管,探测器,放大器,记录系统,2,滤光片,准直器,晶体试样,狭缝,测角仪,X,射线粉晶衍射仪结构框图,主要性能指标：,分辨率,；灵敏度,检出限,；,操作流程框图,：关键部件；,仪器主要发展方向：,主要指标的发展,；,应用的需要,；,仪器的必需配置从,仪器结构及发展,入手,试样蒸发原子化激发,电感耦合高频,等离子体,电弧,火焰,火花,直流,等离子体,微波诱导,等离子体,分光,衍射光栅,棱镜,光谱检测,固体检测器,照相干板,光电倍增管,原子发射光谱仪结构框图,溶液试样；,多元素同时测定,计算数据+实验修正；,测定不同浓度级元素,从痕量到常量,；,最能发挥其优势的领域：地质、,环保、医药、临床、农业、食品,；,电感耦合等离子体,光电倍增管直读谱仪检测光路,多道固定狭缝式光路（经典光源）,：出射狭缝+光电倍增管构成一个波长的固定通道；,单道扫描式光路（,ICP）,：“,通道移动”出射狭缝在光谱仪焦面上扫描（转动光栅）；,安装多个（可达70个）固定通道，接收多种元素的谱线,采用,光栅分光,CCD,检测器,系统，光线经光栅色散后聚焦在探测单元的硅片表面，检测器将光信号转换成电信号，经计算机进行快速高效处理得出分析结果；由软件自动选择预测元素的谱线，增加不同的软件可实现多种基体材料分析。,探测单元硅片,CCSD,光谱仪的光路示意图,偏压电源,样品,多道脉冲,分析器,放大器,打印机,谱线记录仪,CRT显示,用液氮冷,却的容器,X,射线,场效应晶体管,前置放大器,S,i,(L,i,),探测器,入射粒子束,能量色散谱仪原理方框图,离子源,XPS/AES,谱仪的基本结构及实验过程,1,2,3,4,5,电子枪,仪器灵敏度：信噪比,筒镜分析器,，分析时间；电子枪,Ip,数量级,，束斑直径,AES,好于,SAM；,谱线重叠；样品污染；,仪器分辨率：,能量分辨率,CMA,；,空间分辨率,电子枪；,厚度分辨率,Auger,电子能量；,影响仪器特性的最主要部件和因素,定性分析：,检测特征量,；分析依据；谱图特点；,定量分析：,分析步骤,；定量分析依据；标准样品要求；,微区分析：,微区分析的实现方法,；微区“体积”；,深度分析：破坏、非破坏；,深度“范围”,；,仪器的必需配置从,重要实验技术,入手,制备标准溶液及试样溶液,：标准储备液；低标准液高标准液；,仪器分光系统校正,：汞灯校正；,标准液喷雾进样预标准化,；选择分析线用待测元素的标准溶液和空白溶液在各波长处进行扫描,得到这些元素在这些波长处的扫描轮廓图，计算机贮存这些图谱，并可将它们同时显示。根据谱线及背景的轮廓和强度值，选择合适的分析线、设置背景校正位置。,校准曲线绘制：,根据系列标准溶液数据作出各标准的校准曲线；,试样溶液喷雾进样：,根据标准曲线，求出样品中各元素浓度；测量范围,；,回收实验,：考查测定结果的准确性在样品中加入标准溶液,按上述方法及条件对样品进行测定，,ICP-AES,定量分析步骤,XPS+AES+SIMS+ISS+LEED+RHEED,AFM+STM,SEM+TEM+EPMA,XRF/IR/LR+OM,GC/LC/CE+IR,GC/LC/CE+MS,IR+MS,LR+IR,为什麽联用,仪器共用组件及接口,强强结合/互补,组合后优势分析领域,仪器的必需配置从,联用技术,入手,常用表面分析谱仪名称及用途,分析及测试性能评价,“纵向比较”,：显微分析；表面分析；组分分析；,技术发展状况及前景评价,“应用比较”,：微样分析；微区分析；多元化分析（联用、在线、遥测技术）；,分析结果保障体系,“质量保证”,：国家标准；行业标准；定性分析准确度；定量分析精度；,分析测试技术与方法综合评价,图像分辩能力,：信号来源区域、放大倍数、分辨率；,成像原理,：图像获得方法、变倍操作、分析尺度范围；,图像分析方法,：图像分类、衬度原理、图像与实空间对应；,特殊功能,：晶体结构分析；三维空间定量；化学元素微区分析功能；加工工具；,显微分析技术,SEM、EPA、TEM、SPM,检出限,：表面灵敏度；体相灵敏度；,分析空间,：横向分辨率；纵向分辨率；,分析基本原理,：检测的物理量；定性、定量 分析依据；,图谱解析方法,：纵坐标、横坐标、峰值物理意义；试样要求及适应领域：试样状态；要求；制备方法；标准样品；,表面分析技术,XPS、AES、SIMS、LEED、RHED、LR、IR,固体表面（层）,XRF,EPMA,SIMS,XPS,AES,ISS,TXRF,H,离子,H,电子,H,X,光子,表面（层）组分分析谱仪探测区域比较,俄歇电子能谱,X,射线光电子能谱,离子散射谱,次级离子质谱,电子探针,全反射,X,射线荧光光谱,表面元素组成,表面元素化学态,元素在表面的横向分布,元素在表层的纵向分布,表面化合物及分子结构,检测全部元素,表面（层）组分分析谱仪性能比较,微区分析技术主要发展途径,：,激发源的精确控制,电子束扫描、控制光阑；,D,XRF,D,XPS,D,EPMA,D,AES（SAM）,；,微样分析技术主要发展途径,：,全反射技术、表面增强技术,；痕量及超痕量分析,IR、TXRF、RAMAN,；,现代分析谱仪技术发展状况,線分析条件設定,毛细管技术,：,微量样品及对空气敏感的样品,将其置于直径为 0.3,mm,等尺寸的玻璃毛细管中。当高强度的,X,光束照射到毛细管样品上时，相对于常规的平板状样品来说，随,毛细管自转的样品,的所有的晶粒均贡献衍射信息。,微区分析技术,：探测小到,50微米的微小区域,的衍射信息；,全反射准直器及最小准直器技术,；用,XYZ,三轴自动样品平台和,激光/视频对光系统,使样品对光及定位非常简单,二维探测器技术,；,X,射线衍射强度极低一般仅有少数几个晶粒对散射有贡献得拜环不连贯；二维探测器可探测到,不均匀衍射斑或整个得拜环，,沿得拜环对强度数据进行积分可有效地修正这些因素的影响，获得精确的衍射图象，从而为进一步的分析提供准确的数据；,XRD,微量/微区样品分析技术,FT-IR Sampling Accessories,Specular,Reflectance,Detector,Sample,FT-IR Sampling Accessories,ATR,(,A,ttenuated,T,otally,R,eflectance),Sample,Sample,Detector,Crystal,MIR:Multiple Internal Reflectance,(,多重内反射）,FT-IR Sampling Accessories,ATR Liquid Cell,Sample,Sample,Detector,Cuboid Crystal,Perfect for aqueous solution,FT-IR Sampling Accessories,Diffuse Reflectance,Detector,Powder sample with KBr,单 色 仪,氨激光器,激发光纤,收集光纤,光电倍增管,聚光系统,SERS,探头,现场,SERS,光纤纤维传感系统示意,同步辐射源技术,:,SR,光源,强度提高几个数量级,、,波长可以连续调节,痕量元素分析和微探针分析；,高能量分辨率超导检出器：3,eV,能量分辨率微热量计,由超导温度计构成的微热量计可,将,X,射线的能量转化为热,，通过,测量检出器的温度可以确定光子的能量,，从而进行能量分布测量；,NIST,已研制出能量分辨率为34,eV,的微热量计，远远超过了目前用于能量色散的半导体探测器。通过进一步研究，微热量计的能量分辨率可望达到,0.51,eV,美国国家标准技术研究院(,NIST),；,微探针技术：,1997年美国发往火星的探索者号宇宙飞船上，装载了一台轻便的,质子,X,射线光谱仪，该仪器仅重570,g，,采用,244,Cm,为,和质子辐射激发源以及,Si,-PIN,检出器。利用该仪器分析了火星上的土壤和岩石样品，结果表明火星表面的组成与地球地壳的平均组成很接近。,XRF,当前的进展和方向,灵敏度高：检出限低至,10,-9,10,-12,g,；,样品用量少：测量,w,为10,-6,水平,的元素，取微升级或微克级样品量即可；,定量分析很简单：,加入单个内标元素就可对所有共存元素进行定量测定,；,无基体效应：用样品量极少(,g,L,量级)，可消除基体增强和减弱效应。,溶液样品制样简单：,定量吸取微升级溶液,滴于反射体上烘干；,TXRF,也是,对半导体硅片表面杂质,进行非破坏分析的理想技术；,TXRF,技术发展及现状,数据来源空间,仪器分辨率,仪器检出限,对样品的要求,样品用量,检测误差,分析,测试,仪器的选择,砷,：指甲、毛发为体内砷的贮留和排泄器官,根据人平均量对比，诊断砷中毒,；适合慢性中毒分析环境污染、长期投毒、化学药品中毒；,汞,：头发汞的浓度常作为测定环境污染程度的有效指标；头发具有排泄功能，排出的汞 随头发的生长而保存,判断体内摄取的时间进程,；,铅,：毛发的铅含量是,推测接触铅的量,和身体负荷量的简易、方便的指标；,“公害”元素在人体中代谢与分布研究,中国人、日本人的食物链模式：,土壤,大米、小麦,骨骼,欧、美人的食物链模式：,土壤,骨骼,牧草,牛奶,饮食习惯的差异导致体内元素浓度相差近十倍,核试验,90,Sr,污染在人体内的蓄积,原子发射光谱技术,原子吸收光谱技术,X,射线光电子/俄歇电子 能谱分析技术,X,射线荧光光谱技术,电子探针技术,化学元素分析方法使用的选择,分析测试方式的特点：,抽样检验,通过“样本”了解和获得相关分析总体的定性、定量、形态和结构等信息；直接分析；,技术应用要点：以科学合理的方法抽样和取样有足够的代表性；分析测试过程中实施分析的质量控制,异常值的判断和处理,；测定精确度的评定；准确度的检查；遵循科学的推断方法推断总体特性测定值是随机变量以概率取值，大量重复实验中的测试值具有统计规律性近似估计值；,实验数据处理：“收割”环节；排除干扰；发现统计规律性；数据、图谱“不真实”但可靠；,报告分析结果：,必须估计和给出不确定度,用平均值和标准差报告测试结果的理论依据；与标准物质或标准方法比较保证其可靠性；,分析测试结果的质量控制,样本测试,获得样本信息“收获”实验数据处理,抽取样本,推断和估计总体特性,“给出”置信度置信区间,示例：,AAS,检查出口猪肉罐头的含铅量,获得数据后样品罐头被破坏估计和推断该批次罐头含铅量是否合格,制备标准溶液及试样溶液,：标准储备液；低标准液高标准液；浓度极低的标准液使用时间不超过1-2天,；,原子化条件选择,：待测元素、检出限、分析精度；,标准液喷雾进样预标准化：,选择分析线根据谱线及背景的轮廓和强度值，选择合适的分析线、设置背景校正位置。一般选共振线；浓度较高时选灵敏度较低的非共振线；,校准曲线的绘制：,以,C,浓度为横坐标，吸光度,A,为纵坐标，绘制各元素吸光度-浓度标准曲线；,试样溶液喷雾进样：,根据,AC,标准曲线，求出样品中各元素浓度；,回收实验,：考查测定结果的准确性在样品中加入标准溶液,按上述方法及条件对样品进行测定，,原子吸收光谱定量分析步骤,