电镜随谈之三：能谱(EDS)的一些问题
eds能谱元素处理
eds能谱元素处理EDS（Energy Dispersive Spectrometry）能谱元素处理是一种用于分析材料表面或薄层内元素组成的技术。
它利用电子束或离子束与样品相互作用，产生特征X射线，通过检测和分析这些X射线的能量分布，确定样品中元素的种类和含量。
一、EDS能谱元素处理的基本原理EDS能谱元素处理是基于电子或离子束与样品相互作用产生的特征X射线的能量分布来分析样品中的元素种类和含量。
当电子或离子束与样品相互作用时，会激发样品中的原子，使其从基态跃迁到激发态，同时释放出特征X射线。
这些X射线的能量与元素的原子序数有关，因此可以用来识别不同的元素。
通过检测和分析这些X射线的能量分布，可以确定样品中元素的种类和含量。
二、EDS能谱元素处理的特点1. 高灵敏度：EDS能谱元素处理具有很高的灵敏度，可以检测到样品中微量的元素，甚至达到ppm（百万分之一）级别。
2. 快速分析：EDS能谱元素处理是一种无损分析技术，可以在短时间内对样品进行快速分析，适用于批量样品的分析。
3. 空间分辨率高：EDS能谱元素处理的空间分辨率较高，可以用于分析样品表面或薄层内的元素分布情况。
4. 多元素分析：EDS能谱元素处理可以同时分析多个元素，提供样品中多种元素的种类和含量信息。
5. 无需标准样品：EDS能谱元素处理不需要标准样品进行比对，可以直接对特征X射线的能量分布进行分析，确定元素的种类和含量。
三、EDS能谱元素处理的应用范围1. 材料科学：在材料科学领域，EDS能谱元素处理被广泛应用于研究材料的组成、结构和性能之间的关系。
例如，可以用于研究合金的相组成、陶瓷材料的成分分析以及高分子材料的化学键结构等。
2. 表面分析：EDS能谱元素处理可以用于表面分析，如金属氧化物的成分、涂层材料的组成以及生物薄膜的化学成分等。
3. 地质学：在地质学领域，EDS能谱元素处理常用于地质样品的元素分析，如岩石、矿物和化石等样品的元素种类和含量分析。
X射线能谱（EDS）分析
逃逸峰、合峰 特征X射线（能量Ex)入射到Si(Li)半导体探测 器时，使Si放出K特征X射线(1.740keV)，得 到能量为Eesc=Ex-1.740keV的特征X射线 — 逃逸峰 两个特征X射线光子几乎同时进入探测器，探 测器无法进行识别，在两个特征X射线光子的 能量值和位置产生一个峰 — 合峰
五、定量分析中需注意的问题
试样对X射线的吸收
（1）从理论上对k 因子进行修正 （2）利用外插法将实验中获得的不同厚度区 域的测定值外推到很薄的情况，求出理想的 k 因子
统计误差
分析含有的微量元素时，需进行长时间测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 以获得足够的X射线强度，减小误差 标准偏差=N1/2 误差=(N1/2/N)100=N-1/2 100(%)
多道脉冲高度分析器：
X射线能量不同，其电脉冲幅值不同，将 不同幅值的电压脉冲按能量大小分类并 统计，并输出给计算机
三、EDS的分析技术
X射线的测量：连续X射线（部分电子经多次和试样 碰撞产生电磁波）和从试样架产生的散射进入探测器， 形成背底，使用铍制试样架可减小背底，支持试样的 栅网应采用与分析对象的元素不同的材料制作 元素的面分布分析方法：使用扫描像观察装置，使电 子束在试样上做二维扫描，测量特征X射线的强度， 使与这个强度对应的亮度变化与扫描信号同步在阴极 射线管记录部分显示，使用场发射电子枪，能够得到 优于1nm分辨率的元素面分布像
硅铝氧氮耐热陶瓷的X射线元素面分布像
X射线元素线分布图
四、定量分析（薄试样）
定量分析公式：CA/CB=kAB(NA/NB) kAB — k 因子，依赖于物质和装置 CA，CB — A,B元素的浓度（质量分数） NA，NB — A,B元素的特征X射线强度 定量分析实验 k 因子的确定：（1）理论计算（误差较大）；（2） 实验确定(精度高，需要组成与被测化合物相近，并 已知组成的标准试样） 对于特征X射线谱重叠的情况，必须根据标准试样 谱进行重叠峰分离后，进行定量分析
EDS 常见问题
1、 EDS的谱峰有很多峰位对应于同一个元素,就是不就是说明这个元素含量很高？瞧了EDS的原理这个问题就会明白,EDS就是一个电子壳层的电子被外来粒子或者能量激发,留下一个空位,然后外层电子跃迁至这个空位,同时就会放出特征X射线,这样不同壳层之间的电子转移导致的能量差就会有不同的谱线,EDS 谱线就就是把这些特征X射线脉冲的累积分开得到的。
这样就能理解谱线越多,说明外面的电子占有壳层越多。
而定量分析时就是根据不同元素来选择不同线系的谱峰强度以及这个元素的响应值来做计算的,所以谱峰多跟元素含量没有关系。
峰的多少与元素含量的高低没有直接关系,对于原子序数较大的元素,其外层电子数目多,受激发的K、L、M、N等线系的特征谱线就多。
2、 EDS的谱峰里面瞧不到前面的谱峰(比如<8keV),就是不就是说明所选微区里前面的轻元素压根没有或很少？对于超轻元素,若选用过高的加速电压,由于吸收增加,X射线强度将会明显减小,若关注超轻元素(Z<10),建议选用10kV加速电压。
3、谱峰里面总就是出现一些样品里不可能有的元素,这就是为什么？具体出现什么元素？若样品较薄,有可能会将样品台上面的元素特征峰激发出来。
C与O,一般空气中都有油脂等有机物的存在,很容易吸附到样品表面造成污染,无论TEM还就是SEM,都有可能瞧到C与O的峰。
尤其TEM,一般使用C膜支撑,有C再正常不过了。
Al或者Si:SEM因为使用Al样品台或者玻璃基底,所以在样品比较薄的区域扫谱,会有基底的信号出来。
Cu与Cr:这个就是TEM里特有的,Cu就是使用载网的材质Cu导致的,而Cr一般认为就是样品杆或者样品室材质里的微量元素导致的。
B:有些时候分辨率忽然极高,瞧到了清晰的B峰,这要注意,因为样品在扫谱过程中大范围移动就容易出现这个峰,还有如果样品处于加热状态,也会有B的峰出现。
一些很难见到的稀土元素或者La系Ac系元素,这很可能就是因为噪音的峰较强,仪器的分析认为有微量相应能量区的元素存在,用软件去除即可。
电镜的能谱分析
电镜的能谱分析
电子显微镜的能谱分析是纳米技术中应用最为普遍的一种技术，此技术可以全面而精准的检测出从几十纳米管大小到极小微纳米级量子结构尺寸的实验样品，可以检测可见光、近红外谱、紫外-可见反射谱和电子衍射谱等、同时也可以检测出物质中极小分子和微纳米结构构成物种，而这些物种在抗热、抗冷、抗强酸强碱、耐腐蚀方面有着优异的性能。
电子显微镜的能谱分析可以获得高质量的谱图矩阵，从而可以获得多种信息，比如：纳米材料成分结构分析，聚合物和多维纳米结构的分析，分子物性检测，以及精细的显影等。
这些信息的获取有效地提高了热电技术、纳米传感技术以及纳米成像技术的有效性，因此，谱图可以理解为分子结构和构型化学性质的“镜像”，这非常有助于显示物质与生物系统之间的相互作用。
电子显微镜的能谱分析不仅可以在科学研究中发挥作用，而且在生活中也可以看到它的分辨率之高、检测精度之准确。
在工业制造和农业生产中，电镜的能谱分析使得可以有效地控制生产的质量和效率，检测聚合物的粘度及其他物性性质，同时可以检测农产品中毒素成分，从而确保农产品的安全，而不会损害人类健康。
总而言之，电子显微镜的能谱分析是纳米技术应用中的重要技术，它使得我们有效地检测到一些极微小的结构，同时可以检测出具有优异性能的物质，这对于我们的生活娱乐和工作研究都非常有帮助。
影响EDS分析准确性的因素探讨
２１ ０ ０年 ７月
西安 文理 学院 学报 ： 自然科 学版
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｉ ｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｒ ＆ Ｓ ｉ ｃ （ ａ Ｓｉ ｄ ｏ ｒａ ｏ ’ ｎ ｅｓｙ ｆ ｔ Ｘ ａ ｖ ｉ Ａ ｓ ｃ ｎｅ Ｎ ｔ ｃ Ｅ ） ｅ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ３ １１ ．
～
６ Ｃ时放 入低 真空 容器 内抽氧 ， ０ｃ ｌ 然后 在 ６ ０℃ 恒温烘 箱 内烘烤 ４ｈ 可 获得坚 固的块状试 样． 可 以避 ， 这
免 研磨 和抛光 过程 中脱落 ， 同时 可 以避 免抛光 物进 入试 样孔 内引起 污染 ． 粉体试 样 可 以直 接撒在 试样 座 的双面碳 导 电胶上 ， 表面 比较 平 的物 体 ， 如玻 璃 板 压 紧 ， 后用 用 例 然 洗 耳球 吹去不 牢 固的颗粒 ． 当颗粒 比较 大 时 ， 如 大 于 ５ ｍ 可 以尽 量 找表 面平 的大颗 粒 直 接分 析 ． 例 小
８ ４
西安 文理 学院 学报 ： 自然科 学版
第１ ３卷
于 ５ ｍ 的小 颗粒 ， 我们采 取低 放大倍 数 （ Ｘ ０ 时 ， 如 ５ ） 在不 同区域 得 到 的定 量分 析 结果 差 异有 时 较大 ． 我们认 为造成 这类样 品结 果重现性 不好 的原 因可能 是不 同区域 粉末 样 品 的间 隙大 小不 一 ， 得入 射 电 使 子束在样 品作用 产生 的 ｘ射 线在 进 入 Ｅ Ｓ探 头前 被样 品 的吸 收程 度 不 同 ， Ｄ 要得 到较 好 的定 量 分 析结 果， 最好 将粉体 用压 片机压 制成块 状 ．
—
Ｅ Ｓ仪 器 ， 各个领 域都 取得 了重要 成果 ， Ｄ 在 解决 了许 多生产 、 科研 的实 际问题 ． 虽然 Ｅ Ｓ得 到 了广 泛应用 ， Ｄ 但应 用 的过程 中还存 在许 多问题 ． 甚至 有人 只用定 性分 析 功能 ， 能谱 对
eds能谱分析
eds能谱分析EDS（能谱分析）：从微观世界解读材料特性的利器概述能谱分析是一种重要的材料表征技术，其利用能量分辨的方法，通过测量材料中元素的能谱信息，从而得到材料的化学成分、电子结构等参数。
EDS（能量散射谱）是能谱分析的一种常见方法，具有高灵敏度、高分辨率和非破坏性等特点，广泛应用于材料科学、地质学、生物学等领域。
原理EDS的原理基于能量散射效应，当材料被高能电子或X射线轰击时，原子核和电子发生相互作用，导致电子从低能级跃迁至高能级，随后重新回到基态时会释放出特定的能量。
这些能量可以被探测器捕捉到，通过分析能谱可以确定元素的存在和相对含量。
仪器EDS依赖于扫描电镜和能谱仪两部分构成。
扫描电镜能够产生高能电子或X射线束，用于激发材料。
能谱仪则包括探测器、信号放大器和数据处理部分，用于采集、放大和分析能谱信号。
目前市场上常见的能谱仪种类繁多，有光子计数器、硅探测器、硅锗探测器等。
应用EDS在材料科学中应用广泛。
首先，它在金属材料的分析中发挥着重要作用。
通过EDS的能量分辨能力，可以对金属中的元素类型和含量进行非破坏性分析，为材料加工和质量控制提供支持。
其次，在纳米材料研究中，EDS能够准确检测纳米颗粒的成分，帮助研究人员了解材料的结构和性能。
此外，EDS还被广泛应用于地质学和生物学领域，如岩石成分分析和细胞组织化学成分分析等。
优势与挑战EDS作为一种常见的能谱分析方法，具有多个优势。
首先，它具有高灵敏度，可以检测到很低浓度的元素。
其次，EDS具有高分辨率，能够准确分辨不同元素的能谱峰。
此外，EDS是非破坏性技术，可以以非常小的样品损伤完成分析。
然而，EDS也存在一些挑战。
例如，由于能量散射的特性，EDS只能分析出材料表面的元素信息，不能获取深层元素的信息。
此外，噪声和背景干扰也会影响EDS的准确性。
发展动态随着科技的进步，EDS技术不断发展，提高了分析的性能和准确度。
近年来，许多研究人员致力于开发新型的探测器和数据处理算法，以提高EDS的灵敏度和分辨率。
eds面扫能谱出现的问题
eds面扫能谱出现的问题EDS（能谱仪）是一种常用的材料表征方法，它可以通过扫描样品表面并测量X射线能谱来获取样品的化学成分信息。
在EDS面扫中，可能会出现以下一些常见问题：1. 信号噪声：由于环境干扰或仪器本身的问题，EDS面扫可能会受到信号噪声的影响，导致能谱图像不清晰或难以解读。
2. 光电子逃逸：当高能的电子束照射在样品上时，样品表面的电子可能会被激发并逃逸出来，这可能会导致EDS面扫中的能谱出现不正确的峰值或干扰。
3. 背景干扰：在EDS面扫中，样品表面可能存在一些背景干扰，例如X射线散射或其他元素的存在，这些可能会掩盖或干扰目标元素的能谱信号。
4. 深度分辨率：EDS面扫是表面分析技术，其深度分辨率有限。
如果样品表面有多层结构或复杂的界面，可能会导致能谱结果不准确或不完整。
5. 校正问题：EDS面扫中的能谱需要进行校正，以消除仪器本身的能谱漂移、响应非线性等问题。
如果校正不准确或未进行适当的校正，可能会导致能谱结果存在偏差。
6. 元素探测限：EDS面扫的元素探测限取决于仪器的性能和实际样品情况，对于低浓度元素或轻元素的探测可能存在一定的限制。
针对这些问题，可以通过以下方法来解决或改善：1. 优化仪器设置和条件，减少信号噪声的影响，例如调整放大倍数、优化探测器参数等。
2. 使用适当的辐射屏蔽材料来减少光电子逃逸，并使用样品表面的导电涂层以提高信号质量。
3. 进行背景校正，减少背景干扰，可以通过选择适当的能量窗口或使用背景补偿算法等方法来实现。
4. 对于复杂的样品结构，可以使用更高分辨率的显微镜或使用其他技术（如剖面分析）来获取更准确的化学成分信息。
5. 定期进行仪器的校准和维护工作，确保能谱结果的准确性和稳定性。
6. 在进行元素分析时，可以参考已知样品或标准样品进行定量分析，以评估分析结果的可靠性和准确性。
eds常见问题
1. EDS的谱峰有很多峰位对应于同一个元素，是不是说明这个元素含量很高看了EDS的原理这个问题就会明白，EDS是一个电子壳层的电子被外来粒子或者能量激发，留下一个空位，然后外层电子跃迁至这个空位，同时就会放出特征X射线，这样不同壳层之间的电子转移导致的能量差就会有不同的谱线，EDS谱线就是把这些特征X射线脉冲的累积分开得到的。
这样就能理解谱线越多，说明外面的电子占有壳层越多。
而定量分析时是根据不同元素来选择不同线系的谱峰强度以及这个元素的响应值来做计算的，所以谱峰多跟元素含量没有关系。
峰的多少与元素含量的高低没有直接关系，对于原子序数较大的元素，其外层电子数目多，受激发的K、L、M、N等线系的特征谱线就多。
2. EDS的谱峰里面看不到前面的谱峰（比如<8keV），是不是说明所选微区里前面的轻元素压根没有或很少对于超轻元素，若选用过高的加速电压，由于吸收增加，X射线强度将会明显减小，若关注超轻元素（Z<10），建议选用10kV加速电压。
3. 谱峰里面总是出现一些样品里不可能有的元素，这是为什么具体出现什么元素若样品较薄，有可能会将样品台上面的元素特征峰激发出来。
C和O，一般空气中都有油脂等有机物的存在，很容易吸附到样品表面造成污染，无论TEM还是SEM，都有可能看到C和O的峰。
尤其TEM，一般使用C膜支撑，有C再正常不过了。
Al或者Si：SEM因为使用Al样品台或者玻璃基底，所以在样品比较薄的区域扫谱，会有基底的信号出来。
Cu和Cr：这个是TEM里特有的，Cu是使用载网的材质Cu导致的，而Cr 一般认为是样品杆或者样品室材质里的微量元素导致的。
B：有些时候分辨率忽然极高，看到了清晰的B峰，这要注意，因为样品在扫谱过程中大范围移动就容易出现这个峰，还有如果样品处于加热状态，也会有B的峰出现。
一些很难见到的稀土元素或者La系Ac系元素，这很可能是因为噪音的峰较强，仪器的分析认为有微量相应能量区的元素存在，用软件去除即可。
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电镜随谈之三：能谱（EDS）的一些问题
关于能谱的一些问题
无论扫描电镜还是透射电镜，现在购置的时候能谱几乎成了标配，因为价格相对电镜来说只有五分之一甚至六分之一，而且分析速度快，可以在线分析微区内样品组分，给出半定量或者定量结果，如果透射电镜有扫描附件，也和扫描电镜一样能给出漂亮的元素分布map，这对于实验结果来说，是一个很有益而且很直观的支持。
但由于能谱毕竟是从1951年法国牛人R. Castaing开始提出原理，1957年才用了相关原理制造了EMMA（Electron Microscopic Microanalyzer）上市，而开始使用EDS更晚，到了1968年才有开始使用锂漂移硅探头的EDS系统附加在电镜上，至今也不过40年时间。
所以有不少仪器分析的课本里面较少涉及相关内容，这也就给初次接触这种分析测试设备的人带来了不少疑问。
相关基础知识可以通过看相关书籍，比如我推荐过的电子显微分析，第八章就有。
我这里就自己见到的一些常见的小问题说一下自己的看法：
1. 能谱的缩写是EDS还是EDX？
开始的时候能谱的缩写有很多，比如EDS，EDX，EDAX等，大家对此也都心照不宣，知道ED就是Energy Dispersive，后面因为X-ray Analysis和Spectrum这几个词的不同用法，导致了缩写的不同。
而且相应的汉译也有很多，比如能量色散谱，能量散射谱等等。
大概是2004年左右，相关协会规定，EDS就是能谱或者能谱仪，EDX呢，就是能谱学，Dispersive就不去翻译。
这样EDS就应该是文章里的正规用法，而现在有很多文章仍然使用其他说法，有约定俗成的味道，大家知道怎么回事就行了。
2. TEM的能谱误差比SEM的小。
因为很多人知道TEM的分辨率高，所以认为TEM所配能谱的分辨率高于SEM。
这可以说是一个非常错误的论断。
同样厂家的能谱，同一时期的产品，用于TEM的分辨率通常要低于SEM几个eV，诚然，TEM可能会观察到更小的细节，但这只是能谱分析范围的精准，并不代表能谱的分辨率高。
SEM的样品比较容易制备，而且跟厚度关系不大，一般电子束深入样品的高度为几个微米，定量时可以放相应样品的标样（比如纯Si就用纯Si标样，MgO就用MgO标样，有很多国家
级标样供选择）来做校正。
比较重的元素诸如很多金属和稀土元素的分析结果可以认为是定
量的。
上海硅酸盐研究所的李香庭教授对SEM和电子探针的EDS分析结果做过比较系统的讲述，我摘抄如下：
EDS分析的最低含量是0.x%（注：这个x是因元素不同而有所变化的。
）
“电子探针和扫描电镜X射线能谱定量分析通则”国家标准，规定了EDS的定量分析的允许误差（不包括含超轻元素的试样）。
对平坦的无水、致密、稳定和导电良好的试样，定量分析总量误差小于±3％。
另外，EDS分析的相对误差也有相应的规定：
a) 主元素(>20%wt)允许的相对误差£ ±5％。
b) ±3%wt £含量£ 20%wt的元素，允许的相对误差£ 10％。
c) ±1%wt £含量£ 3%wt的元素，允许的相对误差£ 30％。
d) ±0.5%wt £含量£ 1%wt的元素，允许的相对误差£ 50％。
对于不平坦试样，可用三点分析结果的的平均值表示，或在总量误差小于等于±5％的情况下，如确认没有漏测元素时，允许使用归一化值作为定量分析结果。
偏差大于±5％，只能作为半定量结果处理。
但很多时候并没有相应标样，也就用数据库里的标样数据直接用来定量，称为无标样定量。
“虽然无标样定量分析方法现在无国家标准，但在不平试样、粉体试样及要求不高的一般分析研究中，应用还比较广泛,现在正在考虑制定“EDS无标样定量分析方法”国家标准。
”
TEM的样品多数是薄样品，这对于分析来说似乎是件好事，因为可以减少干扰，但定量的时候需要考虑样品厚度，反而又是个难题，因为很难准确得出微区上的样品厚度，这就给
定量带来了很大难题，而且就是有标样，也因为无法做出相应厚度的样品去对应比较，就我
所知，国家级的TEM标样还没有一个。
这样，大家应该就能理解，对于很多样品，TEM的EDS 分析就是半定量的，对于轻元素，甚至只能定性，大家能做到的，就是选取适当合理的分析
工具，尽量找到干扰小的区域，取多点分析平均(最好随机取20点以上），以尽量减少误差。
3. EDS的分析结果里面会有原子比（atomic%）和元素比（也就是质量比，weight%）的
数据，这里要提醒大家注意一点，因为EDS分析并没有那么精确，所以尽管分析报告的结果会有两位小数，但只取一位小数就够了。
4. EDS的谱峰有很多峰位对应于一个元素，是不是说明这个元素含量很高？
看了EDS的原理这个问题就会明白，EDS是一个电子壳层的电子被外来粒子或者能量激发，留下一个空位，然后外层电子跃迁至这个空位，同时就会放出特征X射线，这样不同壳层之间的电子转移导致的能量差就会有不同的谱线，EDS谱线就是把这些特征X射线脉冲的累积分开得到的。
这样就能理解谱线越多，说明外面的电子占有壳层越多。
而定量分析时是根据不同元素来选择不同线系的谱峰强度以及这个元素的响应值来做计算的，所以谱峰多跟元素含量没有关系。
对于谱线的命名，如果大家有兴趣，可以从这个网址下一份资料，里面提到IUPAC和最早Siegbahn对谱线命名的区别，和一些详细说明。
/reports/V/spectro/partVIII.pdf
5. EDS的谱峰里面看不到前面的谱峰（比如<8 keV），是不是说明所选微区里前面的轻元素压根没有或者很少？
这个就要注意是否选取的样品位置周围有大颗粒或者其他厚介质的存在，吸收了本来产率就低的轻元素X射线，对谱峰结果产生了严重干扰。
当有这种现象时，可以选择其他区域的样品比较一下一些过渡元素的K线系和L线系，或者原地倾转样品，调整样品位置，看是否有明显的变化，以此判断原分析结果的可靠性。
6. 谱峰里面总是出现一些样品里不可能有的元素，怎么回事？
a) C和O，一般空气中都有油脂等有机物的存在，很容易吸附到样品表面造成污染，无论TEM还是SEM，都有可能看到C和O的峰。
尤其TEM，一般使用C膜支撑，有C再正常不过了。
b) Al或者Si：SEM因为使用Al样品台或者玻璃基底，所以在样品比较薄的区域扫谱，会有基底的信号出来。
c) Cu和Cr：这个是TEM里特有的，Cu是使用载网的材质Cu导致的，而Cr一般认为是样品杆或者样品室材质里的微量元素导致的。
d) B：有些时候分辨率忽然极高，看到了清晰的B峰，这要注意，因为样品在扫谱过程中大范围移动就容易出现这个峰，还有如果样品处于加热状态，也会有B的峰出现。
e) 一些很难见到的稀土元素或者La系Ac系元素，这很可能是因为噪音的峰较强，仪器的分析认为有微量相应能量区的元素存在，用软件去除即可。