实验一：电镜扫描
中级仪器分析
实验报告
班级：______________________
姓名：______________________
学号：______________________
指导教师：
___________________
2007应用化学
刘远旭
070804010032
周建威
完成时间：___________________
化学与材料科学学院
目录
实验一枪击残留物的电镜分析
实验二未知Fe浓度溶液的ICP-AES分析
实验三X射线衍射（XRD）物相分析
实验四龙脑的气质谱分析
实验五丙三醇红外分析
实验一枪击残留物的电镜分析
一、仪器简介
1仪器名称：扫描式电子显微镜
2型号：日本JSM-6490LV扫描电子显微镜（配置：英国牛津INCA-350X射线能谱仪）
3扫描电子显微镜——JSM-6490LV型介绍
在当代迅速发展的科学技术中，科学家
需要观察、分析和正确地解释在一个微米（μ
m）或亚微米范围内所发生的现象，电子显
微镜是强有力的仪器，可用它们观察和检测
非均相有机材料、无机材料及在上述微米、
亚微米局部范围内的物质的显微组织、晶体
结构（电子衍射）、化学成分（X射线能谱
仪）进行表征。电子显微镜主要有扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜，都用一束精细聚焦的电子照射需要检测的区域或是需要分析的微体积，该电子束可以是静止的，或者沿着样品表面以一光栅的方式扫描。其差别仅仅在于它们感兴趣的信号不同。
在扫描电镜（SEM）中，人们最感兴趣的信号是二次电子和背散射电子，因为当电子束在样品表面扫描时，这些信号随表面形貌不同而发生变化。二次电子的发射局限于电子束轰击区附近的体积内，因而可获得相当高分辨率的图象。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电子反差的阴影起伏效果。象的三维形态起因于扫描电镜的大景深和二次电子反差的阴影起伏效果。其它的信号在许多情况下也同样有用。在通常称为电子探针的电子探针显微分析仪（EPMA）中，人们最感兴趣的辐射是由于电子轰击而发射的特征X射线，从特征X射线的分析能够得到样品中直径小到几微米区域内的定性和定量成分信息。
样品要求：干燥、固定，若为矿样等二次离子产生少的需要度导电膜。
电子显微镜与光学显微镜的主要区别：电镜分辨率较高，无彩色但立体感强，光学有色彩但为平面结构。
主要成像类别：
SEI图像——二次电子产生，主要对样品的表面信息进行表征。
BES图像——被散射的电子产生，为元素相，周期表中原子序数越大的越亮。
1)、扫描电子显微镜成象原理
扫描电子显微镜是以能量为1-30KV间的电子束，以光栅状扫描方式照射到被分析试样的表面上，利用入射电子和试样表面物质相互作用所产生的二次电子和背散射电子成象，获得试样表面微观组织结构和形貌信息。配置波谱仪和能谱仪，利用所产生的X射线对试样进行定性和定量化学成分分析。
2).成象原理
扫描电镜的成象过程与电视的摄象——显象过程很相似。来自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描线圈和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束（实际上也是电子束）做同步扫描，使阴极射束在荧光屏上的照射点（称为象点）与电子束在样品上的照射点（称为物点）按时间顺序一一对应，样品上的物点在电子束作用下所产生的信号被检测器随时检出，经视频放大器放大后控制显象管阴极射束的强度使荧光屏上象点的亮度受试样上物点所产生的信号的大小的调制，从而得到与样品性质有关的图象。这是一种按时间顺序逐点成象的方式。前面提到的电子束与样品相互作用所产生的各种信息都可以作为调制图象的信号。
3).分辨本领
分辨本领在扫描电子显微镜中定义为：清楚地分辨样品上两个点或两个细节之间的距离的能力。实际上，分辨本领主要取决于电子束照射在样品上的束斑大小。普通钨丝电子枪的分辨本领在 6.0-3.5nm之间，而场发射电子枪可达到1.0nm。应该指出：仪器的分辨本领与仪器状态和操作技术有很大关系。上述数值是在最佳状态下，观察特殊样品的二次电子图象时得到的，是仪器的极限。通常使用时都是低于这个值。
4).电子束与样品的相互作用
当电子束轰击样品表面时，
一部分的能量转变成热能，这可
能造成样品的辐照损伤。还有部
分的能量由于电子与样品原子
的相互作用而发射出各种有用
的信息。主要有：
（1）二次电子：入射电子使样品原子激发所产生的电子，它们的能量很低，一般小于50eV。只有10nm左右的深度范围的二次电子才能逸出样品表面而被检测。
（2）背散射电子：一部分入射电子因与样品原子碰撞而改变运动方向，经多次碰撞又由样品表面散射出来，称之为背散射电子，其能量接近入射电子的能量。（3）特征X射线：样品原子的内层电子被激发后所产生的X射线。
当入射电子束与样品相互作用时，有二种方式可导致产生X射线：
（A）入射电子与原子核的非弹性散射：这种作用，使运动电子在原子核的库仑势场中失去能量而发射出连续的X射线光谱，这又称为白色辐射或韧致辐射（Bremshrahluny ）。在这种情况下，产生的
X射线光谱的能量可以从零能量一直延伸到
与入射电子束能量相等的X射线。这种连续X
射线光谱，在电子探针中，提高了测量的背底，
降低了探测的灵敏度和分辨率，是我们要尽力
加以消除的一种有害影响。
（B）入射电子与原子的内层电子发生互作用：带有足够能量的入射电子，它能够撞击一个K、L或者M能级上的内层电子，使原子处于激发和电离的状态，原子通过它的外层电子跃迁到内层的空位而回到基态。在这种回复到原来状态的过程中，多余的能量就以X射线光量子的形式释放出来，产生特征X辐射，这是电子探针主要利用的信号方式。
（4）俄歇电子：样品原子的内层电子被激发后所产生的电子。
（5）吸收电子：一部分入射电子在与样品原子碰撞过程中将能量全部释放给样品，而成为样品中的自由电子，称之为吸收电子。
（6）荧光：样品原子的外层电子被激发后所产生的可见光或红外光。
（7）感生电动势：入射电子照射样品的pn结时产生的电动势（或电流）。
二、实验部分
1.实验目的：通过实验，初步了解扫描电镜的原理结构和操作方法。
2.枪击残留物取样：特质双面胶带取样。
3.操作规程：
①开机准备
②试样观察
③试样更换
④关闭程序
4.安全规程：
1)VACVUM SYSTEM控制面板的进气阀控制开关VENT，抽真空开关EVAC
都需要按住延迟3秒来执行开启，灯闪亮表示还需要等候，灯直亮表示完成动作已准备好。
2)仪器必须到达高真空后，方可开启灯丝高压（HV）。
3)必须在关闭灯丝高压（HV）后方可开去试样室进气阀控制开关，VENT更换
进样。
4)在样品台五轴调整Stage control操作时，Z轴位移一定要大于8，若样品高
于样品台的距离为Amm，Z轴位移一定要大于（8+A）mm，这一点对于保护物镜极靴非常重要。
5)JSM-6490LV扫描电子显微镜计算机不能使用外来软件和磁盘（包括U盘、
光盘等）。
5.实验步骤
①按照操作规程，开机进行准备。
②放进样品，抽真空，并对谱图进行分析处理，得到谱图分析结果。
③实验结束，关闭程序。
④打印谱图。
6、谱图解析：
由谱图可知，检测点中含有C O Pb Sb等元素，其中C O可能是外界的污染，则枪击残留物中主要的重金属为Pb Sb。
实验二未知Fe浓度溶液的ICP-AES分析
一、实验仪器
1、仪器型号：ICP-AES
2、仪器介绍：
美国perkinelmer：optima5300V 40.68MHz 1.3KW CCD检测器
组成：循环水空气压缩机Ar 主机数据处理及操作系统
3. 技术条件：40.68MHz 1.3KW CCD检测器
4.性能特点:
①检测限低（低达10-3－10-4ppm），可同时或顺序测定多元素（数十种），快速定性、半定量，应用范围广。
②线性分析范围宽。ICP光源是一种光薄的光源，自吸现象小，所以ICP-AES法校正曲线的线性范围可以达到5～6个数量级，即可以同时测定0.00n%～n0%的含量。
③干扰效应小(背景干扰小，性噪比高）。具有较高的蒸发、原子化和激发能力，且系无电极放电，无电极沾污。
④准确度高具，稳定性好，精密度高。有溶液进样分析方法的稳定性和测量精度，其分析精度可与湿式化学法相比。
⑤灵敏度高。
5.进样技术:
ICP-AES法可以对固、液、气态样品直接进行分析
6. 主要工作参数
二、工作原理
ICP（inductive coupled piasma emission spectrometer）电感耦合等离子体发射光谱仪。ICP-AES就是利用不同元素原子中的中外层电子在激发态想基态跃迁时所发出光谱线那个测定的。ICP只是使式样离解为气态原子和使之达到激发态的一种方式。
三、实用范围
大部分金属元素及少量非金属元素的分析：植物样品、组织样品、环境样品、金属材料、化学试剂等。
四实验流程
1、分析方法
先将样品处理为液体再进样：1、酸消解（硝酸-高氯酸、硝酸-高氯酸-硫酸、硝酸-高氯酸-硫酸-盐酸、硝酸-高氯酸-盐酸-氢氟酸）；2、高温灰化；3、微波消解；4、碱融
2、测量顺序
1、打开循环水、空气压缩机、Ar、开机、打开程序、预热准备
2、编辑方法：选择元素及其波长、设置各元素的浓度及单位、设置样品结果表示单位
3、设置分析结果保存文件打开等离子体火焰（点火）
4、分析标准溶液及调整积分波长
5、分析标准空白、标准溶液（浓度从低到高）、试剂空白、样品溶液
6、清洗管路，关上等离子体火焰
7、打印结果：选择元素及其波长、选择样品、选择打印模板
8、退出程序、关机、关气、循环水、空气压缩机
六、结果计算分析
1. Fe标准曲线绘制（见图1）
图1 Fe 标准曲线
2. 未知Fe 浓度的计算
一定条件下，元素浓度与发射光谱强度成正比，符合朗伯比尔定律：I=KC M=c*v*f/m mg/kg
C Fe =
g
L L
mg 9618.005.0/72022.14?=306.097mg/g=5103.06?mg/Kg
七、ICP 光源主要优点
1、检出限低:许多元素可达到PPb 的检出限
2、测量的动态范围宽：5-6个数量级
3、准确度好
4、基体效应小：ICP是一种具有6000-7000K的高温激发光源，样品又经过化学处理，分析用的标准系列很易于配制成与样品溶液在酸度、机体成分、总盐度等各种性质十分相似的溶液。同时，光源能量密度高，特殊的激发环境，使ICP光源具有基体效应小的突出优点。
5、精密度高：RSD—0.5%
6、曝光时间短：一般只需10-30秒
7、电感耦合等离子体发射光谱分析所具有的多元素同时分析的特点与其他分析方法逐个元素单独测定相比，效率更高。
实验三X射线衍射（XRD）物相分析
X射线衍射仪简介：
1、仪器型号：X’Pert MPD Pro x射线衍射仪。
2、X’Pert MPD Pro x射线衍射仪简介：
该仪器由荷兰帕纳科公司生产，为当前世界最先进的x射线衍射仪，拥有多项优势：第一，该仪器安全可靠。操作时，只有把仪器舱门完全关闭、仪器自动加锁的情况下，X光管才能发射X射线，5-10mm厚钢板和铅化玻璃仪器外壳将X射线完全屏蔽，对人体不产生任何伤害。
第二，先进的设计理念。该载样台设计为水平的固定载样台，样品测试时，采取发射源和X射线接受器同时旋转，避免了传统X射线衍射仪因样台旋转而引起的样品散落难题。
第三，高精度、高性能。衍射角精密度高、重现性小；衍射峰的准确度/线性度＜0.04；超纯探测器最大计数率是普通探测器的100倍。
3、仪器主要技术指标
①铜靶②功率：16kW ③额定管压-管流：40kv-40mA
④扫描范围：0.5°-180°⑤记数管：闪烁（S.C）⑥扫描方式：步
进扫描或连续扫描⑦衍射角精密度和重现性＜0.002 ⑧衍射
峰的准确度/线性度＜0.04⑨超纯探测器计数率＞130×106cps
⑩小角散射单色光＜0.01
X射线衍射仪基本组成：
X射线衍射仪主要包括：X射线发
生器、衍射测角仪、辐射探测器、
测量电路、控制操作与数据处理计
算机系统，其结构图
衍射仪的工作原理：
测角仪的组成：
①试样台与试样台转动与控制部
件
②辐射探测器与探测器转动部件
③控制电机部件
④控制软件
测角仪的工作原理：
①试样台位于测角仪的中心，试样台的中心轴ON 与测角仪的
中心轴（垂直向上）O 垂直
②试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身的中心轴转动
③试样台上的试样表面与测角仪中心轴严格地重合
④入射线从X 射线管焦点F 发出，经入射光阑系统S1 和H 投射到试样表面生产衍射，
衍射线经接收光阑系统M 、S2 、G 进入计数器D
⑤X 射线管焦点F 与接收光阑G 位于同一圆周上，把这个圆周称为测角仪（或衍射仪）
圆。
⑥测角仪圆所在平面称为测角仪平面
⑦试样台和计数器分别固定在两个同轴的圆盘上，由两个步进电机驱动。
⑧在衍射测量时，试样绕测角仪中心轴转动，不断地改变入射线与试样表面的夹角2θ，
计数器沿测角仪圆转动，接收各衍射角2θ所对应的衍射强度。
⑨θ和2θ角可以根据需要单独驱动或自动匹配连动。
⑩θ和2θ角一般以1 ：2 的角速度联合驱动。
测角仪的扫描范围：正向2θ可达145～165 °，负向可达-45°，2θ角测量的绝对精度为0.02°，重复精度为0.001°。
试样表面：
①按聚焦条件的要求，试样表面应永远保持与聚焦圆有相同的曲面，但是，由于聚焦圆
曲率半径在测量过程中不断变化，而试样表面却无法实现这一点。因此，只能作近似处理，采用平板试样，使试样表面始终与聚焦圆相切，即聚焦圆圆心永远位于试样表面的法线上
②为了使计数器永远处于试样表面（即与试样表面平等的HKL 衍射面）的衍射方向，必
须让试样表面与计数器同时绕测角仪中心轴同一方向转动，并保持1：2 的角速度关系③即当试样表面与入射线成θ角时，计数器正好处于2θ角的方位
④粉末多晶体衍射仪所探测的始终是与试样表面平行的那些衍射面
晶体单色器：
①作用：消除衍射花样的背底和Kβ散射
②晶体单色器的原理
a.在衍射线光路上安装弯曲晶体单色器
b.由试样衍射产生的衍射线（一次衍射线）经光阑系统投射到单色器中的单晶体上，调整单晶体的方位使它的某个高反射本领晶面（高原子密度晶面）与一次衍射线的夹角刚好等于单色器晶体的该晶面对Kα辐射的布拉格角
c.由单晶体衍射后发出的二次衍射线就是纯净的与试样衍射线对应的Kα衍射线
③晶体单色器的作用
a.由于可以选择单晶的晶面正好对准Kα的衍射，因此，可以消除Kβ的辐射，也能消除由连续X射线和荧光X射线产生的背底
b.使用石墨弯曲晶体单色器不能消除的Kα2辐射，所以经弯曲晶体单色器聚焦的二次衍射线，由计数器检测后给出的是的Kα双线衍射峰
.石墨晶体单色器：
a.选用石墨单晶体的0002作为反射面
b.使用石墨弯曲晶体单色器，对Cu Kα辐射而言，其衍射强度与不用单色器时相比大约降低36%。相当于用滤波片降低的强度
c.在Cu Kα辐射上使用石墨单色器测铁试样，可使背底降到10cps（每秒计数），得到满意的效果。
计数测量方法：
XRD扫描的主要计数测量方法有连续扫描和步扫描。
①连续扫描的其优点如下：
a.扫描速度快，工作效率高。当需要对衍射花样进行全扫描测量时，一般选用连续扫描测量方法。
b.连续扫描的测量精度受扫描速度和时间常数的影响，因此，在测量前要合理地选定这两个参数。
②步进扫描的特点
a.步进扫描每步停留的测量时间较长，测量的总脉冲数较大，从而可减小脉冲统计波动的影响
b.步进扫描不使用计数率计，没有滞后效应。所以，它的测量精度是很高的，能给出精确的衍射峰位、衍射线形、积分强度和积分宽度等衍射信息，适合作各种定量分析
c.步进扫描的精度取决于步进宽度和步进时间，所以在测量前要根据实际需要选定合适的步进宽度和步进时间
③测量参数的选择
测量参数的选定直接影响着衍射信息的质量和测量结果。应根据需要作适当的选择,所需测量参数包括：狭缝宽度、扫描速度、时间常数、步进宽度、步进时间。
样品台（铜靶）：
①高温样品台：可升至1600K，可检测不同温度下胡材料的结构（结晶态及形态）。
②普通样品台：用玻璃片做载玻片，因玻璃为非晶态，样品的颗粒及平整度均对其结
果有影响。
③微曲样品台：通过放大镜调节样品胡位置。
④多功能样品台：其高度可以调整，对表面光滑胡样品，可以直接检测。
样品制备：
⑤粒度要求
a.一般要求通过360目（38μm）筛选。有些样品要求更细，如石英粉末的颗粒大小至少小于5μm
b.晶粒尺寸小于1000埃时，衍射仪就可察觉衍射线的宽化。所以，要测量到良好的衍射线，晶粒亦不宜过细，对于粉末衍射仪，适宜的晶粒大小应在0.1～10μm的数量级范围内
⑥样品制作方法
最常用的方法是研磨和过筛，当样品手摸无颗粒感，持续的在研钵中研磨粉末（颗粒大小约在1-10um数量级，粉末过200-325目的筛子即符合要求）。块状而且是由高度无序取向的微晶颗粒组成的样品，如岩石、金属需加工出一个18×12mm2平面。压片时一般不加粘结剂，所以压力以粉末样品压平为限，因为加工时会引起择优取向，当粉末较少时，可在玻璃片上抹一层凡士林，再均匀将粉末洒上。
操作要求
X,pert MPD PRO 操作规程
一、本仪器胡操作者必须熟悉仪器的全部操作规程，通过操作考试合格后才能正式上机操作。
二、做好样品的准备工作，做好开机前相关准备工作。
三、开机操作
1、开启室内空调
2、开启水冷系统
3、开启不间断电源
4、打开仪器主机电源，关好仪器门。
5、打开电脑、连接仪器，启动主机按钮，将HT钥匙转动90°（水平位置）。
6、打开工作站，选择当前需用的样品台。
四、关机操作：
1、通过工作站软件将高压降至15KV,5mA（先降电流，后降电压），断开主机连接。
2、关闭高压，将HT钥匙转动90°。
3、30s后按下STANDBY按钮，关闭主机。
4、关闭不间断电源。
5、关闭循环冷水机。
6、关闭室内空调
7、填好相关使用登记表
适用范围
主要应用于地质、石油、矿产、材料、化学、钢铁、建材、医疗、国防等
实验部分
一、实验目的
1、概括了解X射线衍射器的结构及使用。
2、练习用PDF-2数据对多相进行相分析。
二、实验步骤
⒈开机
①打开电源，开启备用电池，同时开启UPS
②打开空调调整温度在22-25℃
③合上配电箱冷却水系统空气开关，将冷却水主机电源开关打到“ON”。
④合上配电箱内仪器电源空气开关。
⑤关好仪器门，将仪器上的高压锁开关顺时针向转动90o。
⑥按下仪器面板上的“Power on”按钮启动仪器（高压显示15KV，5mA，顶灯亮）。
按下仪器面板上的“Light”按钮可以开启仪器内照明灯。
⒉打开电脑，点击X'pert Data Collector连接仪器，启动主机按钮，打开工作站，选择当前样品台。
(⒊设置电压和电流,先升电压至40kv,后升电流至20mA（注意：在升降电压或电流时都必须5个单位五个单位的升降）
⒋测试参数设置，Start angle ( o)：5°
End angle ( o)：90°
Step size (o/步)：0.016
⒌制样
衍射仪一般采用块状平面试样，它可以是整块的多晶体，也可用粉末压制。但是无论是何种样品，都必须保证制好的样表面光滑。如果是固体样品，就从大块中切割出合适的大小，再将其表面磨平。而粉末样品则要求其粒度过200-~325目筛子。可根据粉末样品的数量可压在深框或浅框内。
⒍开始测试
①放置被测样品: 有效测试区域为距样品台垂直面5 – 12 mm范围内。同时保证试样表
面落在测角仪轴心上(即保证试样表面与测角仪试样架下表面处于同一水平面上) 。
②关好仪器门: 可听到门开关的嘀嗒声，门关好的标志为仪器面板上“Shutter Open”下三个小亮点熄灭。
③选“Measure”菜单中“Program”。在弹出的窗口中选择设置实验参数时选择的程序后
扫描电镜实验报告
扫描电镜分析实验 一实验目的 1. 了解扫描电子显微镜的原理、结构； 2. 运用扫描电子显微镜进行样品微观形貌观察。 二实验原理 扫描电镜（SEM）是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射以及背散射电子等物理信号，二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。扫描电镜由下列五部分组成，如图1（a）所示。各部分主要作用简介如下： 1.电子光学系统 它由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成，如图1（b）所示。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪，
其性能如表2所示。前两种属于热发射电子枪，后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪。由表可以看出场发射电子枪的亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。 电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。 六硼化镧阴极电子枪105～1061～10 ≈500 10－4 场发射电子枪107～108 0.01～ 0.1 ≈5000 10-7～10－8 样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移运动。 2.扫描系统 扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3.信号检测、放大系统 样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光
sem实验报告
电子显微镜 一、实验目的 1、了解并掌握电子显微镜的基本原理； 2、初步学会使用电子显微镜，并能够利用电子显微镜进行基本的材料表面分析。 二、实验仪器 透射电镜一是由电子光学系统（照明系统）、成像放大系统、电源和真空系统三大部分组成。 本实验用S—4800冷场发射扫描电子显微镜。 实验原理 电子显微镜有两类：扫描电子显微镜、透射电子显微镜，该实验主要研究前者。 （一）扫描电子显微镜（SEM） 由电子枪发射的电子束，经会聚镜、物镜聚焦后，在样品表面形成一定能量和极细的（最小直径可以达到1-10nm）电子束。在扫描线圈磁场的作用下，作用在样品表面上的电子束将按一定时间、空间顺序作光栅扫描。电子束从样品中激发出来的二次电子，由二次电子收集极，经加速极加速至闪烁体，转变成光信号，此信号经光导管到达光电倍增管再转变成电信号。该电信号经视屏放大器放大，输送到显像管栅极，调制显像管亮度，使之在屏幕上呈现出亮暗程度不同的反映表面起伏的二次电子像。由于电子束在样品表面上的扫描和显像管中电子束在荧屏上的扫描由同一扫描电路控制，这就保证了它们之
间完全同步，即保证了“物点”和“像点”在时间和空间上的一一对应。 扫描电镜的工作原理如图1。 图1 扫描电镜的工作原理 高能电子束轰击样品表面时，由于电子和样品的相互作用，产生很多信息，如图2所示，主要有以下信息：
图2 电子束与样品表面作用产生的信息示意图 1、二次电子：二次电子是指入射电子束从样品表面10nm左右深度激发出的低能电子(＜50eV)。二次电子的产额主要与样品表面的起伏状况有关，当电子束垂直照射表面，二次电子的量最少。因此二次电子象主要反映样品的表面形貌特征。 2、背散射电子象：背散射电子是指被样品散射回来的入射电子，能量接近入射电子能量。背散射电子的产额与样品中元素的原子序数有关，原子序数越大，背散射电子发射量越多(因散射能力强)，因此背散射电子象兼具样品表面平均原子序数分布（也包括形貌）特征。 3、X射线显微分析：入射电子束激发样品时，不同元素的受激，发射出不同波长的特征X射线，其波长λ与元素原子序数Z有以下关系（即莫斯莱公式）：ν=hc/λ=K(Z-σ)2 SEM主要特点
扫描电镜实验报告
扫描电镜实验报告 姓名：xxx 专业：xxx 学号：xxxxxxxx 一、实验目的 1. 了解扫描电镜的构造及工作原理； 2.学习扫描电镜的样品制备； 3. 学习扫描电镜的操作； 3. 利用扫描电镜对铝粉的形貌进行观察。 二、实验原理 扫描电镜原理是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。扫描电镜由下列五部分组成，主要作用简介如下： 1．电子光学系统。其由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪。前两种属于热发射电子枪；后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪，其亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。 2. 扫描系统。扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3. 信号检测、放大系统。样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器。 4. 真空系统。镜筒和样品室处于高真空下，它由机械泵和分子涡轮泵来实现。开机后先由机械泵抽低真空，约20分钟后由分子涡轮泵抽真空，约几分钟后就能达到高真空度。此时才能放试样进行测试，在放试样或更换灯丝时，阀门会将镜筒部分、电子枪室和样品室分别分隔开，这样保持镜筒部分真空不被破坏。 5. 电源系统。其由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，提供扫描电镜各部分所需要的电源。
扫描电镜实验报告
扫描电镜实验报告 一实验目的 1 了解扫描电镜的发展，原理，应用范围。 2 初步掌握扫描电镜的使用及其注意事项。 二实验仪器及样品 JEOL扫描电镜；硫酸钙晶须。 三实验原理 扫描电镜，全称为扫描电子显微镜，英文为scanning electron microscope（SEM），是一种用于观察物体表面结构的电子光学仪器。 1 扫描电镜的原理 扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的人射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动(声子)、电子振荡(等离子体)。如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息；对X射线的采集，可得到物质化学成分的信息。扫描电镜的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。 2扫描电镜的结构 （1）镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。 （2）电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几纳米至几十纳米的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。 （3）电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。 （4）真空系统及电源系统扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成。电源系统供给各部件所需的特定的电源。 3扫描电镜的用途 扫描电镜最基本的功能是对各种固体样品表面进行高分辨形貌观察。大景深图像是扫描电镜观察的特色，例如：生物学，植物学，地质学，冶金学等等。观察可以是一个样品的表
SEM扫描电镜结构与断口观察
扫描电镜结构与断口观察 一、实验目的： 1、了解扫描电镜的基本结构，成相原理； 2、掌握电子束与固体样品作用时产生的信号和各种信号在测试分析中的作用； 3、了解扫描电镜基本操作规程； 4、掌握扫描电镜样品制备技术； 5、掌握韧性断裂、脆性断裂的典型断口形貌。 二、实验原理： 1、扫描电子显微镜的构造和工作原理： 扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。 扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个基本部分组成。 其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束缩小；第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间，装入各种信号接收器。扫描电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小，就相当于成相单元的尺寸越小，相应的放大倍数就越高。 扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫动。电子束在样品上的扫描动作和显相管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一个扫描发生器控制的。电子束在样品表面有两种扫描方式，进行形貌分析时都采用光栅扫描方式，当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。在电子束偏转的同时还带用逐行扫描的动作，电子束在上下偏转线圈的作用下，在样品表面扫描出方形区域，相应地在样品上也画出一帧比例图像。样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由信号探测器收集，并通过显示系统在
扫描电镜实验报告
HUNAN UNIVERSITY 姓名：扫描电镜实验报告 姓名：高子琪 学号： 2
一.实验目的 1.了解扫描电镜的基本结构与原理； 2.掌握扫描电镜样品的准备与制备方法； 3.掌握扫描电镜的基本操作并上机操作拍摄二次电子像； 4.了解扫描电镜图片的分析与描述方法。 二．实验设备及样品 1.实验仪器：D5000-X衍射仪 基本组成：1）电子光学系统：电子枪、聚光镜、物镜光阑、样品室等 2）偏转系统：扫描信号发生器、扫描放大控制器、扫描偏转线圈 3）信号探测放大系统 4）图象显示和记录系统 5）真空系统 2.样品：块状铝合金 三.实验原理 1.扫描电镜成像原理 从电子枪阴极发出的电子束，经聚光镜及物镜会聚成极细的电子束（0.00025微米-25微米），在扫描线圈的作用下，电子束在样品表面作扫描，激发出二次电子和背散射电子等信号，被二次电子检测器或背散射电子检测器接收处理后在显象管上形成衬度图象。二次电子像和背反射电子反映样品表面微观形貌特征。而利用特征X射线则可以分析样品微区化学成分。 扫描电镜成像原理与闭路电视非常相似，显像管上图像的形成是靠信息的传送完成的。电子束在样品表面逐点逐行扫描，依次记录每个点的二次电子、背散射电子或X射线等信号强度，经放大后调制显像管上对应位置的光点亮度，扫描发生器所产生的同一信号又被用于驱动显像管电子束实现同步扫描，样品表面与显像管上图像保持逐点逐行一一对应的几何关系。因此，扫描电子图像所包含的信息能很好地反映样品的表面形貌。 2.X射线能谱分析原理 X射线能谱定性分析的理论基础是Moseley定律，即各元素的特征X射线频率ν的平方根与原子序数Z成线性关系。同种元素，不论其所处的物理状态或化学状态如何，所发射的特征X射线均应具有相同的能量。
扫描电镜实验报告要求
扫描电镜实验报告要求 第一部分：实验预习报告 一、实验目的、意义 1、了解扫描电镜的基本结构与原理 2、掌握扫描电镜样品的准备与制备方法 3、掌握扫描电镜的基本操作并上机操作拍摄二次电子像 4、了解扫描电镜图片的分析与描述方法 二、实验基本原理与方法 1、扫描电镜的基本结构构造 2、扫描电镜的工作原理 3、扫描电镜成像原理 三、主要仪器设备及耗材 1、JSM-5610 LV扫描电镜 2、JFC-1600离子溅射仪（样品喷涂导电层用） 3、银导电胶、双面胶（制样用） 4、粉末样品、块状样品 四、实验方案与技术路线 1、介绍扫描电镜的基本情况与最新进展（场发射扫描电镜、环境扫描电镜的特点及应用） 2、结合具体仪器介绍扫描电镜的构造与工作原理； 3、重点介绍扫描电镜样品的准备与制备方法，并要求每位同学动手制样，掌握扫描电镜样 品的准备与制备方法； 4、了解扫描电镜的操作过程，掌握二次电子像的观察过程，要求每位同学上机操作，并在 2-4个样品上拍摄2-4张二次电子像图片，要求图片清晰有代表性； 5、仔细观察和分析现场给出的200多张图片，并对某类或某几张自己感兴趣的图片进行描 述（要求总字数150字以上）。 第二部分：实验过程记录 一、实验原始记录 按实验过程进行记录： 1、样品的准备与制备过程 2、仪器操作过程与照片的拍摄过程。 第三部分：结果与分析 一、实验结果与分析 1、现场没描述照片的同学，对“附件二、扫描电镜图片”进行微观形态描述（要求：写清 楚图片或样品名称，不需要打印照片，描述图片张数自己确定，总字数要达到150字以上）； 2、将2-4张自己拍摄的照片打印并粘贴到实验报告上，写上样品名称。 3、总结对扫描电镜实验课的体会。
电镜实验报告
贴壁培养细胞表面形貌的扫描电镜观察 【实验目的】 1.了解扫描电镜生物样品制备的基本过程 2.了解扫描电镜的基本操作 【实验原理】 扫描电镜的基本原理：扫描电子显微镜是以能量为1-30KV间的电子束，以光栅状扫描方式照射到被分析试样的表面上，利用入射电子和试样表面物质相互作用所产生的二次电子和背散射电子成象，获得试样表面微观组织结构和形貌信息。 其核心是电子光学系统，又分为两个部分：电子枪和透镜系统。 电子枪：提供电子束。来自热阴极或场发射阴极的电子被1-30KV的电压加速，由阳极孔射出，形成一交叉电子束。其交叉斑对于热阴极为10-50μm，对于场发射阴极为10-100nm。 透镜系统：由两个或三个电磁透镜组成，改变透镜的励磁电流可连续调节透镜的焦距，在透镜系统的作用下，能将电子枪形成的电子束交叉斑缩小，在样品的表面形成最小直径为3-10nm的电子束照射斑。 （图1）扫描电镜的基本构造示意图 相互作用：当电子束轰击样品表面时，一部分的能量转变成热能，还有部分的能量由于电子与样品原子的相互作用而发射出各种有用的信息，其中包括二次电子、背散射电子、俄歇电子等等。 二次电子：入射电子使样品原子激发所产生的电子，能量较低，一般小于50eV。具体来讲，它是由入射电子与核外松散的被束缚的外层电子之间发生非弹性散射的结果。松散的外层电子由于入射电子能量的降低而获得一定能量而脱离原有的轨道，而为人们所探测
到；但如果它们产生在样品表面以下100?的地方，则这些二次电子被样品强烈吸收，难以逃逸。因此二次电子反映样品表面以下100?的一个薄区域的情况。 成像原理：来自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描线圈和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束做同步扫描，使阴极射束在荧光屏上的照射点与电子束在样品上的照射点一一对应，样品上的物点在电子束作用下所产生的信号被检测器随时检出，经视频放大器放大后控制显象管阴极射束的强度使荧光屏上象点的亮度受试样上物点所产生的信号的大小的调制，从而得到与样品性质有关的图象。 临界点干燥：临界点干燥技术是实验室中为保持较好的样品外形而常用的一种干燥方法，因为细胞或者组织如果在空气或真空环境中进行干燥，待观测表面将会塌陷或遭受其他损伤。干燥过程中，我们常用临界点较低的液化气体，一般采用液态CO2 取代乙酸异戊酯，然后升温，让液体瞬间汽化，将样品表面的其他物质都带走，实现干燥操作。 干燥器：主体是一个集成有加热冷却夹套的压力干燥器，干燥器上装有各种控制阀、温度计、压力表和支架，圆柱舱的一端装有可拆式观察窗，另一端装有可拆式进样门等等。在使用临界点干燥液取代载液乙酸戊酯之后，关闭所有阀门，开始水浴加热。此时，液/气弯界面将扩散消失，舱内仅剩下气体。稍稍开启排气阀，待气体排出后，组织样本的干燥即完成。 【实验仪器、材料、试剂及用品】 1) 仪器：扫描电镜（HITACHI S-4800）、临界点干燥仪（HITACHI HCP-2）、离子溅射镀膜仪（EIKO IB-3） 2) 材料：贴壁培养细胞（HeLa细胞） 3) 试剂：2.5%戊二醛溶液、磷酸缓冲液、乙酸异戊酯、乙醇、双蒸水等 4) 用品：培养皿、盖玻片、镊子、移液器、双面胶带、扫描电镜样品台等 【实验步骤】 1）取样、清洗：对多数的生物材料而言，要经过扫描电镜观察其表面，首先必须采用化学或物理方法将其固定、脱水和干燥，然后喷金以提高材料的导电性和二次电子产额。第一步则是将培养好的样品放入小培养皿中，用0.1mol/l的磷酸缓冲液把样品表面的附着物清洗干净。 2）固定：用移液枪取1ml的2.5%的戊二醛溶液固定1h，然后用0.1mol/l的磷酸缓冲液再次清洗。（理论上也可用1%的四氧化锇单固定，四氧化锇也可以良好地保存组织细胞
材料分析(SEM)实验报告
材料专业实验报告 题目：扫描电镜(SEM)物相分析实验学院：先进材料与纳米科技学院专业：材料物理与化学 姓名： 学号：1514122986 2016年6月30日
扫描电镜(SEM)物相分析实验 一．实验目的 1.了解扫描电镜的基本结构与原理 2.掌握扫描电镜样品的准备与制备方法 3.掌握扫描电镜的基本操作并上机操作拍摄二次电子像 4.了解扫描电镜图片的分析与描述方法 二．实验原理 1.扫描电镜的工作原理 扫描电镜（SEM）是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射以及背散射电子等物理信号，二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。 本次实验中主要通过观察背散射电子像及二次电子像对样品进行分析表征。 1）背散射电子 背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。弹性背反射电子是指被样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度。背反射电子产额和二次电子产额与原子序数的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。背反射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬
扫描电镜及其观察
扫描电镜及其观察 一、实验目的 1. 了解扫描电镜的构造及工作原理； 2. 扫描电镜的样品制备； 3. 利用二次电子像对纤维纵向形貌进行观察； 4. 了解背散射电子像的应用。 二、实验仪器 扫描电子显微镜（热发射扫描型号JSM-5610LV）、真空镀金装置。 扫描电镜原理是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。扫描电镜由下列五部分组成，主要作用简介如下：1．电子光学系统。其由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪。前两种属于热发射电子枪；后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪，其亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。 2. 扫描系统。扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3. 信号检测、放大系统。样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器和X 射线检测器。 4. 真空系统。镜筒和样品室处于高真空下，它由机械泵和分子涡轮泵来实现。开机后先由机械泵抽低真空，约20分钟后由分子涡轮泵抽真空，约几分钟后就能达到高真空度。此时才能放试样进行测试，在放试样或更换灯丝时，阀门会将镜筒部分、电子枪室和样品室分别分隔开，这样保持镜筒部分真空不被破坏。 5. 电源系统。其由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，提供扫描电镜各部分所需要的电源。 三、实验步骤 1．开机准备 （1）开启电子交流稳压器，电压指示应为220V，开启冷却循环水装置电源开关。（2）开启试样室真空开关，开启试样室准备状态开头。
扫描电镜在材料表面形貌观察及成分分析中的应用
扫描电镜在材料表面形貌观察及成分分析中的应用 一、实验目的 1）了解扫描电镜的基本结构和工作原理，掌握扫描电镜的功能和用途； 2）了解能谱仪的基本结构、原理和用途； 3）了解扫描电镜对样品的要求以及如何制备样品。 二、实验原理 （一）扫描电镜的工作原理和结构 1. 扫描电镜的工作原理 扫描电镜是对样品表面形态进行测试的一种大型仪器。当具有一定能量的入射电子束轰击样品表面时，电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞，一些电子被反射出样品表面，而其余的电子则渗入样品中，逐渐失去其动能，最后停止运动，并被样品吸收。在此过程中有99%以上的入射电子能量转变成样品热能，而其余约1%的入射电子能量从样品中激发出各种信号。如图1所示，这些信号主要包括二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、电子电动势、阴极发光、X射线等。扫描电镜设备就是通过这些信号得到讯息，从而对样品进行分析的。 图1 入射电子束轰击样品产生的信息示意图
从结构上看，扫描电镜主要由七大系统组成，即电子光学系统、探测、信号处理、显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。 由图2我们可以看出，从灯丝发射出来的热电子，受2-30KV电压加速，经两个聚光镜和一个物镜聚焦后，形成一个具有一定能量，强度和斑点直径的入射电子束，在扫描线圈产生的磁场作用下，入射电子束按一定时间、空间顺序做光栅式扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用，从样品中激发出的二次电子通过收集极的收集，可将向各个方向发射的二次电子收集起来。这些二次电子经加速并射到闪烁体上，使二次电子信息转变成光信号，经过光导管进入光电倍增管，使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大，并将其输入到显像管的栅极中，调制荧光屏的亮度，在荧光屏上就会出现与试样上一一对应的相同图像。入射电子束在样品表面上扫描时，因二次电子发射量随样品表面起伏程度（形貌）变化而变化。 故视频放大器放大的二次电子信号是一个交流信号，用这个交流信号调制显像管栅极电，其结果在显像管荧光屏上呈现的是一幅亮暗程度不同的，并反映样品表面起伏程度（形貌）的二次电子像。应该特别指出的是：入射电子束在样品表面上扫描和在荧光屏上的扫描必须是“同步”，即必须用同一个扫描发生器来控制，这样就能保证样品上任一“物点”样品A点，在显像管荧光屏上的电子束恰好在A’点即“物点”A与“像点” A’在时间上和空间上一一对应。通常称“像点”A’为图像单元。显然，一幅图像是由很多图像单元构成的。 扫描电镜除能检测二次电子图像以外，还能检测背散射电子、透射电子、特征x射线、阴极发光等信号图像。其成像原理与二次电子像相同。 在进行扫描电镜观察前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的主要要求是：尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥并且有良好导电性能。
扫描电镜的基本结构和工作原理
扫描电镜的基本结构和工作原理 扫描电子显微镜利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产行各种物理 信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像。扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效分析工具。 扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1～30kV，实验时可根据被 分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整，放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。 扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示 和记录系统、真空系统和电源及控制系统六大部分。这一部分的实验内容可参照教材第十二章，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。 三、扫描电镜图像衬度观察 1．样品制备 扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可 以直接进行观察。但在有些情况下需对样品进行必要的处理。 1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。 2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。清洗时可能会失去一些 表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。 3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5-10nm 为宜。 2．表面形貌衬度观察 二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的 取向非常敏感，随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。因此，二次电子像适合于显示表面形貌衬度。 二次电子像的分辨率较高，一般约在3～6nm。其分辨率的高低主要取决于束斑直径，而 实际上真正达到的分辨率与样品本身的性质、制备方法，以及电镜的操作条件如高匝、扫描速度、光强度、工作距离、样品的倾斜角等因素有关，在最理想的状态下，目前可达的最佳分辩率为lnm。 扫描电镜图像表面形貌衬度几乎可以用于显示任何样品表面的超微信息，其应用已渗透 到许多科学研究领域，在失效分析、刑事案件侦破、病理诊断等技术部门也得到广泛应用。在材料科学研究领域，表面形貌衬度在断口分析等方面显示有突出的优越性。下面就以断口分析等方面的研究为例说明表面形貌衬度的应用。 利用试样或构件断口的二次电子像所显示的表面形貌特征，可以获得有关裂纹的起源、
实验5 扫描电镜及其观察
实验5 扫描电镜及其观察 一、实验目的和任务 1 .了解扫描电镜的基本结构和原理 2 .了解扫描电镜试样的制备方法 3 .了解二次电子象，被散射电子像和吸收电子像观察记录操作的全过程机及其在形貌组织观察中的应用 二、扫描电镜的构造 扫描电镜是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。扫描电镜由下列五部分组成，如图1（a）所示。各部分主要作用简介如下： （a）（b） 图1 扫描电子显微镜构造示意图 1.电子光学系统 它由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成，如图1（b）所示。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。
常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪，其性能如表1所示。前两种属于热发射电子枪，后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪。由表可以看出场发射电子枪的亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。 电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。 表1 几种类型电子枪性能 亮 度 （A/cm 2.sr ） 电子源直径（μm ） 寿 命 （h ） 真 空 度 （Pa ） 普通热阴极三极电子枪 104～105 20～50 ≈50 10－2 六硼化镧阴极电子枪 105～106 1～10 ≈500 10－4 场发射电子枪 107～108 0.01～0.1 ≈5000 10-7～10－8 样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。 2.扫描系统 扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3.信号检测、放大系统 样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X 射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器和X 射线检测器。 4.真空系统 镜筒和样品室处于高真空下，一般不得高于1×10－2 Pa ，它由机械泵和分子涡轮泵来实现。开机后先由机械泵抽低真空，约20分钟后由分子涡轮泵抽真空，约几分钟后就能达到高真空度。此时才能放试样进行测试，在放试样或更换灯丝时，阀门会将镜筒部分、电子枪室和样品室分别分隔开，这样保持镜筒部分真空不被破坏。 性 能 电 子 枪 类 型
材料分析与表征方法实验报告
材料分析与表征方法实验报告 热重分析实验报告 一、实验目的 1.了解热重分析法的基本原理和差热分析仪的基本构造。 2.掌握热重分析仪的使用方法。 二、实验原理 热重分析指温度在程序控制时，测量物质质量与温度之间的关系的技术。热重分析所用的仪器是热天平，它的基本原理是，样品重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录；而电量的大小正比于样品的重量变化量。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。 三、实验原料 一水草酸钙CaC2O4·H2O 四、实验仪器 美国TA公司TGA55 升温与降温速率（K/min） 0.1-100℃/min 天平灵敏度（μg） 0.1μg 温度范围（°C）室温-1000℃ 五、操作条件 第一组：10℃／min空气条件下和20℃／min空气条件下，对TG和DTG曲线进行对比。 第二组：10℃／min空气条件下和10℃／min氮气条件下，对DSC进行对比。 第三组：10℃／min氮气条件下，得到TG、DTG、DSC曲线。
六、结果与讨论 含有一个结晶水的草酸钙(242CaC.OHO)在100℃以前没有失重现象,其热重 曲线呈水平状,为TG曲线的第一个平台。DTG曲线在0刻度。 在100℃和200℃之间失重并出现第二个平台。DTG曲线先升后降，在108.4℃达到最大值，即失重速率的最大值。DSC曲线先降后升，在188.4℃达到最小值，即热功率的最小值。这一步的失重量占试样总质量的12.47%，相当于每 mo CaC2O4·H2O失掉1mol H2O,其热分解反应为： CaC2O4·H2O CaC2O4 + H2O 在400℃和500℃之间失重并开始呈现第三个平台,DTG曲线先升后降，在510.4℃达到最大值，即失重速率的最大值。DSC曲线先降后升，在103.1℃达到最小值，即热功率的最小值。其失重量占试样总质量的18.76%,相当于每 mol CaC2O4分解出1mol CO,其热分解反应: CaC2O4 CaCO3 + CO 在600℃和800℃之间失重并开始呈现第四个平台,DTG曲线先升后降，在749.2℃达到最大值，即失重速率的最大值。DSC曲线先降后升，在758.9℃达到最小值，即热功率的最小值。其失重量占试样总质量的29.38%,相当每 mol CaC2O4分解出1mol CO2,其热分解反应:
实验五 扫描电子显微镜的结构原理及图像衬度观察
实验五扫描电子显微镜的结构原理及图像衬度观察 一、实验目的 1．了解扫描电镜的基本结构和工作原理。 2．通过实际样品观察与分析，明确扫描电镜的用途。 二、基本结构与工作原理简介 扫描电镜利用细聚电子束在样品表面逐点扫描，与样品相互作用产生各种物理信号，这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征的图像扫描电镜具有景深大、图像立体感强、放大倍数范围大且连续可调、分辨率高、样品室空间大且样品制备简单等特点，是进行样品表面研究的有效工具。 扫描电镜所需的加速电压比透射电镜要低得多，一般约在1~30kV，实验时可根据被分析样品的性质适当地选择，最常用的加速电压约在20kV左右。扫描电镜的图像放大倍数在一定范围内(几十倍到几十万倍)可以实现连续调整。放大倍数等于荧光屏上显示的图像横向长度与电子束在样品上横向扫描的实际长度之比。扫描电镜的电子光学系统与透射电镜有所不同，其作用仅仅是为了提供扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。扫描电镜最常使用的是二次电子信号和背散射电子信号，前者用于显示表面形貌衬度，后者用于显示原子序数衬度。 扫描电镜的基本结构可分为六大部分，电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、真空系统和电源及控制系统。图5-1是扫描电镜主机构造示意图。试验时将根据实际设备具体介绍。这一部分的实验内容可参照教材内容，并结合实验室现有的扫描电镜进行，在此不作详细介绍。 三、扫描电镜图像衬度观察 1．样品制备扫描电镜的优点之一是样品制备简单，对于新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可直接进行观察。但在有些情况下需对样品进行必要的处理。 (1) 样品表面附着有灰尘和油污，可用有机溶剂(乙醇或丙酮)在超声波清洗器中清洗。 (2) 样品表面锈蚀或严重氧化，采用化学清洗或电解的方法处理。清洗时可能会失去一些表面形貌特征的细节，操作过程中应该注意。 (3) 对于不导电的样品，观察前需在表面喷镀一层导电金属或碳，镀膜厚度控制在5~10nm 为宜。 2．表面形貌衬度观察二次电子信号来自于样品表面层5~10nm，信号的强度对样品微区表面相对于入射束的取向非常敏感。随着样品表面相对于入射束的倾角增大，二次电子的产额增多。因此，二次电子像适合于显示表面形貌衬度。
扫描电镜显微分析
扫描电镜显微分析实验报告 一、实验目的 1、了解扫描电镜的基本结构和原理。 2、掌握扫描电镜试样的制备方法。 3、了解扫描电镜的基本操作。 4、了解二次电子像、背散射电子像和吸收电子像，观察记录操作的全过程及其在组织形貌观察中的应用。
二、实验内容 1、根据扫描电镜的基本原理，对照仪器设备，了解各部分的功能用途。 2、根据操作步骤，对照设备仪器，了解每步操作的目的和控制的部位。 3、在老师的指导下进行电镜的基本操作。 4、对电镜照片进行基本分析。 三、实验设备仪器与材料 Quanta 250 FEG 扫描电子显微镜 四、实验原理 （一）、扫描电子显微镜的基本结构和成像原理 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,简称SEM）是继透射电镜之后发展起来的一种电子显微镜简称扫描电镜。它是将电子束聚焦后以扫描的方式作用样品，产生一系列物理信息，收集其中的二次电子、背散射电子等信息，经处理后获得样品表面形貌的放大图像。
扫描电镜主要由电子光学系统；信号检测处理、图像显示和记录系统及真空系统三大系统组成。其中电子光学系统是扫描电镜的主要组成部分，主要组成：电子枪、电磁透镜、光栏、扫描线圈、样品室等，其外形和结构原理如图1所示。 由电子枪发射出的电子经过聚光 镜系统和末级透镜的会聚作用形成一 直径很小的电子束，投射到试样的表 面，同时，镜筒内的偏置线圈使这束 电子在试样表面作光栅式扫描。在扫 描过程中，入射电子依次在试样的每 个作用点激发出各种信息，如二次电 子、背散射电子、特征X射线等。安 装在试样附近的探测器分别检测相关 反应表面形貌特征的形貌信息，如二 次电子、背散射电子等，经过处理后 送到阴极射线管（简称CRT）的栅极调制其量度，从而在与入射电子束作同步扫描的CRT上显示出试样表面的形貌图像。根据成像信号的不同，可以在SEM 的CRT上分别产生二次电子像、背散射电子像、吸收电子像、X射线元素分布图等。本实验主要介绍的二次电子像和背散射电子像。 （二）、扫描电子显微镜的特点 1、分辨本领强。其分辨率可达1nm以下，介于光学显微镜的极限分辨率（200nm）和透射电镜的分辨率（0.1nm）之间。 2、有效放大倍率高。光学显微镜的最大有效放大倍率为1000倍左右，透射电镜为几百到80万，而扫描电镜可从数十到20万，聚焦后，无需重新聚焦。 3、景深大。其景深比透射电镜高一个量级，可直接观察断口形貌、松散粉体，图像立体感强；改变电子束的入射角度，对同一视野可立体观察和分析。 4、制样简单。对于金属试样，可直接观察，也可抛光、腐蚀后再观察；对陶瓷、高分子等不导电试样，需在真空镀膜机中镀一层金膜后再进行观察。 5、电子损伤小。电子束直径一般为3～几十纳米，强度约为10-9～10-11mA，远小于透射电镜的电子束能量，加速电压可以小到0.5kV，且电子束在试样上是动态扫描，并不固定，因此电子损伤小，污染轻，尤为适合高分子试样。 6、实现综合分析。扫描电镜中可以同时组装其他观察仪器，如波谱仪、能谱仪等，实现对试样的表面形貌、微区成分等方面的同步分析。
扫描电镜实验报告
扫描电镜实验报告 姓名：XXX 专业：有机化学学号：312070303004 时间：2012.10.17 一、实验目的： 1、了解扫描电镜的基本原理、仪器结构及特点 2、了解扫描电镜的应用 二、实验原理： 扫描电镜是利用细聚焦的电子束，在样品表面逐点扫描，用探测器手机在电子束作用下，样品中产生的电子信号，把信号转换成图像的仪器。在扫描显微镜中，由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，包括背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征X射线等，其强度随样品表面特征而变。于是样品表面不同的特征，按顺序、成比例地被转换成视频信号。然后检测其中某种物理信号，并经过视频放大和信号处理，用来同步地调制阴极线管（CRT）的电子束强度。原则上说，高能电子与固体样品互相作用产生的各种物理信号，经检测放大后皆可作为调制信号，在CRT荧光屏上获得反映样品表面各种特征的扫描图像。 三、仪器结构： 扫描电镜主要有真空系统、电子束系统以及成像系统三部分构成。 1、真空系统：真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。 （1）真空柱是一个密封的柱形容器。 （2）真空泵用来在真空柱内产生真空。由机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨枪的扫描电镜的真空要求，但对于装置了场致发射枪或六硼化镧枪的扫描电镜,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。成象系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱底端是密封室，用于放置样品。之所以要用真空，主要基于以下两点原因：一、电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用扫描电镜时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。二、为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成象的电子更多。 2、电子束系统：电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成象。 （1）电子枪：用于产生电子。 （2）电磁透镜：热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的扫描电镜上，电磁透镜必不可少。通常会装配两组：一、汇聚透镜，用汇聚电子束装配在真空柱中，位于电子枪之下。通常不止一个，并有一组汇聚光圈与之相配。但汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束，与成象会焦无关。二、物镜，物镜为真空柱中最下方的一个电磁透镜，它负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
扫描电镜实验报告doc
扫描电镜实验报告 篇一：扫描电镜实验报告 扫描电镜实验报告 班级：材化11学号： 41164049 姓名：李彦杰日期： XX 05 16 一、实验目的 1. 了解扫描电镜的构造及工作原理； 2. 扫描电镜的样品制备； 3. 利用二次电子像对纤维纵向形貌进行观察； 4. 了解背散射电子像的应用。 二、实验仪器 扫描电子显微镜（热发射扫描型号JSM-5610LV）、真空镀金装置。扫描电镜原理是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。扫描电镜由下列五部分组成，主要作用简介如下： 1．电子光学系统。其由电子枪、电磁透镜、光阑、样
品室等部件组成。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪。前两种属于热发射电子枪；后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪，其亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。 2. 扫描系统。扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3. 信号检测、放大系统。样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测