电子探针显微分析仪课件.pdf

Electron Probe MicroElectron Probe Micro-analyzeranalyzerCollege of Science Shantou UniversityCollege of Science Shantou UniversityBy:Guo YuboBy:Guo YuboEmail:Email:EPMA EPMA 的简介的简介电子探针：电子探针：电子探针：电子探针：Electron probe microElectron probe micro-analyzeranalyzer（EMPAEMPA）Utilizes characteristic XUtilizes characteristic X-rays excited by an rays excited by an electron beamelectron beamProvides:Provides:MicronMicron-scalescaleElemental composition of solid sampleElemental composition of solid sampleDisplay small features on surface of solid Display small features on surface of solid samplesampleCharacteristic:nondestructiveCharacteristic:nondestructiveEPMAEPMA的历史的历史Identification of elements throughIdentification of elements throughX X-rays was first suggested in rays was first suggested in 1913 by Moseley1913 by Moseley19481948年，由法国法国年，由法国法国R.R.卡斯坦制卡斯坦制造了世界上第一台的电子探针仪。造了世界上第一台的电子探针仪。19581958年年,法国首先制造出商品仪器法国首先制造出商品仪器EPMAEPMA的原理的原理?电子探针利用聚焦得非常电子探针利用聚焦得非常细细(微米微米-纳米级纳米级)的高能电的高能电子束轰击样品，激发出各子束轰击样品，激发出各种被测物质的有用信息如种被测物质的有用信息如特征特征X X射线、二次电子、射线、二次电子、背散射电子等），通过分背散射电子等），通过分析这些有用信息达到对样析这些有用信息达到对样品微区成分分析和形貌观品微区成分分析和形貌观察的目的。察的目的。EPMAEPMA的原理的原理K L to K-shell transitionKM to K-shell transitonLM to L-shell transitionLN to L-shell transitionM N-to M-shell transitionEPMAEPMA的原理的原理EPMAEPMA的原理的原理?电子探针与扫描电镜的结构大致相似，不同的是电子探针电子探针与扫描电镜的结构大致相似，不同的是电子探针电子探针与扫描电镜的结构大致相似，不同的是电子探针电子探针与扫描电镜的结构大致相似，不同的是电子探针有一套完整的有一套完整的有一套完整的有一套完整的XX射线波长和能量探测装置（波谱仪射线波长和能量探测装置（波谱仪射线波长和能量探测装置（波谱仪射线波长和能量探测装置（波谱仪WDSWDS和能谱仪和能谱仪和能谱仪和能谱仪EDSEDS），用来探测电子束轰击样品所激发的特征），用来探测电子束轰击样品所激发的特征），用来探测电子束轰击样品所激发的特征），用来探测电子束轰击样品所激发的特征XX射线。由于特征射线。由于特征射线。由于特征射线。由于特征XX射线的能量或波长随着原子序数的不射线的能量或波长随着原子序数的不射线的能量或波长随着原子序数的不射线的能量或波长随着原子序数的不同而不同，只要探测入射电子在样品中激发出的特征同而不同，只要探测入射电子在样品中激发出的特征同而不同，只要探测入射电子在样品中激发出的特征同而不同，只要探测入射电子在样品中激发出的特征XX射射射射线波长或能量，就可获得样品中所含的元素种类和含量，线波长或能量，就可获得样品中所含的元素种类和含量，线波长或能量，就可获得样品中所含的元素种类和含量，线波长或能量，就可获得样品中所含的元素种类和含量，以此对样品微区成分进行定量分析是电子探针最大的特点以此对样品微区成分进行定量分析是电子探针最大的特点以此对样品微区成分进行定量分析是电子探针最大的特点以此对样品微区成分进行定量分析是电子探针最大的特点?分析区小分析区小分析区小分析区小 准确度高准确度高准确度高准确度高 灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高BB-U U 无损无损无损无损 分析方法单一分析方法单一分析方法单一分析方法单一?低原子序数的误差较大低原子序数的误差较大低原子序数的误差较大低原子序数的误差较大 不能做大面积的成分平均分析不能做大面积的成分平均分析不能做大面积的成分平均分析不能做大面积的成分平均分析?仪器比较复杂，价格昂贵仪器比较复杂，价格昂贵仪器比较复杂，价格昂贵仪器比较复杂，价格昂贵EPMAEPMA的应用范围的应用范围?Surface contamination analysis Surface contamination analysis?Corrosion evaluations Corrosion evaluations?Coating composition analysis Coating composition analysis?Rapid material alloy identification Rapid material alloy identification?Small component material analysis Small component material analysis?Phase identification and distributionPhase identification and distributionEPMAEPMA的结构的结构两种类型两种类型EPMAEPMA常用的常用的X X射线谱仪有两种：一种是利用射线谱仪有两种：一种是利用X X射线的波射线的波长不同来展谱，实现对不同的波长的长不同来展谱，实现对不同的波长的X X射线分别检射线分别检测的波长色散谱仪，简称波谱仪测的波长色散谱仪，简称波谱仪(Wavelength(Wavelength Dispersive Spectromter)Dispersive Spectromter)。一种是利用特征的。一种是利用特征的X X射线能量来展谱的能量色谱仪（射线能量来展谱的能量色谱仪（EnergyEnergyDispersive SpectometerDispersive Spectometer）EDSEDS-Energy Dispersive SpectometerEnergy Dispersive SpectometerWDSWDS-Wavelength Dispersive SpectrometerWavelength Dispersive SpectrometerEDSEDS与与WDSWDS?WDSWDS是利用分光晶体对特征是利用分光晶体对特征X X射线衍射来达到分射线衍射来达到分光的目的，以此进行元素的定性、定量和赋存状光的目的，以此进行元素的定性、定量和赋存状态的研究态的研究?EDSEDS是利用高效的是利用高效的LiLi漂移漂移SiSi检测器，有效的检测检测器，有效的检测试样的特征试样的特征X X射线。射线。WDSWDS结构结构WDS:WDS:谱仪、记录、数据处理谱仪、记录、数据处理X X射线的分光检测系统射线的分光检测系统:分光晶体、分光晶体、X X射线探射线探测器测器X X射线聚焦方法：射线聚焦方法：JohannJohann不完全聚焦不完全聚焦JohanssonJohansson完全聚焦完全聚焦Rowland CircleRowland CircleWDSWDS的结构的结构分光晶体：良好的衍射性能、强的反射能力分光晶体：良好的衍射性能、强的反射能力好的分辨率好的分辨率 F X10minsInsensitive to specimen geometry No moving parts Less expensive More stableSpectral artifactsHigh spectral resolution(elements clearly resolved)Higher peak/background=better detection limits Sequential measurement of peaks,slower 30minsSpecimen must be flat and in focus Delicate moving parts ExpensiveEasily effect from mechanicalMore stable in Spectral artifactsEnergy-dispersive spectrometryWavelength-dispersive spectrometryEPMAEPMA的应用的应用形貌观察金属断口夹杂物二次电子形貌EPMAEPMA的应用的应用金属涂层背散射电子形貌高温合金蠕变孔洞和外来物凹凸像高温合金蠕变孔洞和外来物凹凸像EPMAEPMA的应用的应用颗粒大小的测量EPMAEPMA的应用的应用?成分分析成分分析:WDSEPMAEPMA的应用的应用ElementElementWt%Wt%CKCK05.4605.46OKOK26.5526.55MgKMgK00.4200.42AlKAlK00.7400.74SKSK03.4903.49ClKClK03.8203.82KKKK01.2101.21CaKCaK00.7700.77ZnKZnK57.5457.54EDSEPMAEPMA的应用的应用微区成分的面分布：微区成分的面分布：EPMAEPMA的应用的应用电池用材料F和Co的面分布图像EPMAEPMA的应用的应用?成分分析的线扫描成分分析的线扫描EPMAEPMA的应用的应用Cr层的X射线像EPMAEPMA样品的制备样品的制备?Sample cut and mounted in eproxySample cut and mounted in eproxy?Polished first with coarse SiC paper,then Polished first with coarse SiC paper,then with alumina grit slurrywith alumina grit slurry?Washed with water in ultrasonic cleanerWashed with water in ultrasonic cleaner?DriedDried?Carbon CoatedCarbon Coated1:Diamond paste or colloidal silica for some samples;dry polishing paper for others 2:Ethanol may be used sparingly;cleaned with blow duster and cloth for samples that dissolve in water3:For insulators;however,to maintain same conditions on sample and standard,all samples should be coatedCarbon Coater MechineCarbon Coater MechineCarbon CoatingCarbon Coating如何减小误差如何减小误差Associated with sampling,specimen preparation,instrument operation,data collection and Data anaysisMicroanalysis process map电子探针分析用国家标准电子探针分析用国家标准1 1、“玻璃的电子探针定量分析方法玻璃的电子探针定量分析方法”，GB/T 15244GB/T 15244-20022002（替换（替换GB/T GB/T 1524415244-19941994）。）。2 2、“稀土氧化物的电子探针定量分析方法稀土氧化物的电子探针定量分析方法”，GB/T 15245GB/T 15245-20022002（替换（替换GB/T 15245GB/T 15245-19941994）。）。3 3、“硫化物矿物的电子探针定量分析方法硫化物矿物的电子探针定量分析方法”，GB/T 15246GB/T 15246-20022002（替换（替换GB/T 15246GB/T 15246-19941994）。）。4 4、“硅酸盐矿物的电子探针定量分析方法硅酸盐矿物的电子探针定量分析方法”，GB/T 15617GB/T 15617-20022002（替换（替换GB/T 15617GB/T 15617-19951995）。）。5 5、“碳钢和低合金钢中碳的电子探针的定量分析方法碳钢和低合金钢中碳的电子探针的定量分析方法 灵敏度曲线法灵敏度曲线法(检量线法检量线法)”，GB/T 15247GB/T 15247-9494。6 6、“金属及合金的电子探针定量分析方法金属及合金的电子探针定量分析方法”，GB/T 15616GB/T 15616-19951995。7 7、“电子探针和扫描电镜电子探针和扫描电镜X X射线能谱定量分析通则射线能谱定量分析通则”，GB/T 17359GB/T 17359-19981998。8 8、“钢中低含量钢中低含量SiSi、MnMn的电子探针定量分析方法的电子探针定量分析方法”，GB/T 17360GB/T 17360-19981998。9 9、“沉积岩中自生粘土矿物扫描电子显微镜及沉积岩中自生粘土矿物扫描电子显微镜及X X射线能谱鉴定方法射线能谱鉴定方法”，GB/T 17361GB/T 17361-19981998。电子探针分析用国家标准电子探针分析用国家标准1010、“黄金饰品的扫描电镜黄金饰品的扫描电镜X X射线能谱分析方法射线能谱分析方法”，GB/T 17362GB/T 17362-19981998。1111、“黄金制品的电子探针定量测定方法黄金制品的电子探针定量测定方法”，GB/T 17363GB/T 17363-19981998。1212、“黄金制品中金含量的无损定量分析方法黄金制品中金含量的无损定量分析方法”，GB/T 17364GB/T 17364-19981998。1313、“金属与合金电子探针定量分析样品的制备方法金属与合金电子探针定量分析样品的制备方法”，GB/T GB/T 1736517365-19981998。1414、“矿物岩石的电子探针分析试样的制备方法矿物岩石的电子探针分析试样的制备方法”，GB/T 17366GB/T 17366-19981998。1515、“船舶黑色金属腐蚀层的电子探针分析方法船舶黑色金属腐蚀层的电子探针分析方法”，GB/T 17506GB/T 17506-19981998。1616、“金覆盖层厚度的扫描电镜测量方法金覆盖层厚度的扫描电镜测量方法”，GB/T 17722GB/T 17722-19991999。1717、“黄金制品镀层成分的黄金制品镀层成分的X X射线能谱测量方法射线能谱测量方法”，GB/T 17723GB/T 17723-19991999。1818、“电子探针定量分析方法通则电子探针定量分析方法通则”，GB/T 15074GB/T 15074-9494。1919、“电子探针分析仪的检测方法电子探针分析仪的检测方法”，GB/T 15075GB/T 15075-9494。常见类型及型号常见类型及型号EDXAEDXAGENESIS,PHOENIX,PV9100GENESIS,PHOENIX,PV9100系列系列JEOLJEOL LtdLtd，JXAJXA-8500F8500F场致发射型电子探针微量分析仪、场致发射型电子探针微量分析仪、JXAJXA-81008100电子探针微量分析仪、电子探针微量分析仪、JXAJXA-8200WD/ED8200WD/ED联合型联合型Thermo Electron CorporationThermo Electron CorporationSystemSIX SystemSIX SHIMADZU LtdSHIMADZU Ltd，EPMAEPMA-1600/16101600/1610FEI Ltd,FEI Ltd,Inspect S,Quanta 200/400/600 Inspect S,Quanta 200/400/600 其它有其它有OXFORD OXFORD INCAINCA等等周围资源周围资源?华南理工：华南理工：日本岛津公司生产的日本岛津公司生产的EPMAEPMA-16001600型型装配装配EDAXEDAX公司生产的公司生产的GenesisGenesis能谱仪能谱仪中山大学：中山大学：JXAJXA-8800R 8800R 汕头大学汕头大学1 1、装置型号、装置型号:JSM:JSM-6360LA6360LA，带低真空功能，带低真空功能2 2、EDSEDS装配装配JED(JED2300)JED(JED2300)技术参数技术参数探头：Si(Li)锂硅半导体探头探测面积：10mm2分辨率：138eV探测元素范围：B to U峰背比：10,000:1窗口类型：超薄窗口EPMAEPMA的其它应用的其它应用在考古方面的应用：在考古方面的应用：1965年出土，越王勾剑 上海博物馆EPMAEPMA的其它应用的其它应用地质学中的应用：地质学中的应用：黑云母风化特征天柱大河边一新晃重晶石矿EPMAEPMA的其它应用的其它应用珠宝鉴定中应用：珠宝鉴定中应用：台湾产的软玉猫眼宝石我国西南部产的软玉猫宝石EPMAEPMA的其它应用的其它应用?在生物医学领域的应用在生物医学领域的应用?刑事侦察中的应用：刑事侦察中的应用：REFERENCESREFERENCES1 Electron Microprobe Analysis by Wavelength1 Electron Microprobe Analysis by WavelengthDispersive XDispersive X-ray Spectrometery,Nilanjan ray Spectrometery,Nilanjan ChatterjeeChatterjee2 Minimizing Errors in Electron Mrcroprobe Analysis,2 Minimizing Errors in Electron Mrcroprobe Analysis,Eric Lifshin,Raynald Gauvin,Eric Lifshin,Raynald Gauvin,Mrcorsc.Mircroannal.7,2001.Mrcorsc.Mircroannal.7,2001.3 3 软玉猫眼的新发现，翁臻培，张庆麟，上海大学学报，软玉猫眼的新发现，翁臻培，张庆麟，上海大学学报，4 4，200120014 Scanning Electron Microscopy and X4 Scanning Electron Microscopy and X-Ray Ray Microanalysis,Joseph,I.Goldstein,Dale Microanalysis,Joseph,I.Goldstein,Dale E.Newbury and so on 2nd Edition,PlennumE.Newbury and so on 2nd Edition,PlennumPress,1992Press,1992