能谱仪的结构、原理及使用
x射线能谱仪原理
x射线能谱仪原理
X射线能谱仪是一种用于分析物质组成的仪器，其原理基于X 射线与物质相互作用产生的特征信号。
该仪器主要由光学系统、能谱仪器和数据采集系统三部分组成。
光学系统的作用是将X射线聚焦到样品表面，以提高信号强
度和空间分辨率。
通过使用聚焦系统，可以使得X射线束从
广角辐射变为平行光束，进而在样品表面形成更小的激发斑点。
能谱仪器部分由两个主要组件组成：激发源和探测器。
激发源用于产生连续谱的X射线，一般使用X射线管来产生特定的
能量范围的X射线。
探测器用于检测X射线与样品相互作用
后产生的能谱信号，常用的探测器有固态探测器和气体探测器。
数据采集系统负责接收和处理探测器输出的能谱信号。
该系统对输入信号进行放大和模数转换，将模拟信号转化为数字信号，然后对数字信号进行峰位和峰面积测量，最终得到能谱图。
在实际应用中，X射线能谱仪主要用于物质成分的定性和定量分析。
通过比较待测样品的能谱图与已知物质的能谱图进行匹配，可以确定待测样品的成分及含量。
总之，X射线能谱仪利用X射线与物质相互作用产生的能谱
信号来分析物质组成，通过光学系统、能谱仪器和数据采集系统实现信号的产生、检测和处理。
EDS元素分析
EDS元素分析一、实验目的1.了解能谱仪（EDS）的结构和工作原理。
2.掌握能谱仪（EDS）的分析方法、特点及应用。
二、实验原理在现代的扫描电镜和透射电镜中，能谱仪（EDS）是一个重要的附件，它同主机共用一套光学系统，可对材料中感兴趣部位的化学成分进行点分析、面分析、线分析。
它的主要优点有：（1）分析速度快，效率高，能同时对原子序数在11—92之间的所有元素（甚至C、N、O等超轻元素）进行快速定性、定量分析；（2）稳定性好，重复性好；（3）能用于粗糙表面的成分分析（断口等）；（4）能对材料中的成分偏析进行测量，等等。
（一）EDS的工作原理探头接受特征X射线信号→把特征X射线光信号转变成具有不同高度的电脉冲信号→放大器放大信号→多道脉冲分析器把代表不同能量（波长）X射线的脉冲信号按高度编入不同频道→在荧光屏上显示谱线→利用计算机进行定性和定量计算。
（二）EDS的结构1、探测头：把X射线光子信号转换成电脉冲信号，脉冲高度与X射线光子的能量成正比。
2、放大器：放大电脉冲信号。
3、多道脉冲高度分析器：把脉冲按高度不同编入不同频道，也就是说，把不同的特征X射线按能量不同进行区分。
4、信号处理和显示系统：鉴别谱、定性、定量计算；记录分析结果。
（三）EDS的分析技术1、定性分析：EDS的谱图中谱峰代表样品中存在的元素。
定性分析是分析未知样品的第一步，即鉴别所含的元素。
如果不能正确地鉴别元素的种类，最后定量分析的精度就毫无意义。
通常能够可靠地鉴别出一个样品的主要成分，但对于确定次要或微量元素，只有认真地处理谱线干扰、失真和每个元素的谱线系等问题，才能做到准确无误。
定性分析又分为自动定性分析和手动定性分析，其中自动定性分析是根据能量位置来确定峰位，直接单击“操作/定性分析”按钮，即可在谱的每个峰位置显示出相应的元素符号。
自动定性分析识别速度快，但由于谱峰重叠干扰严重，会产生一定的误差。
2、定量分析：定量分析是通过X射线强度来获取组成样品材料的各种元素的浓度。
EDS能谱仪及环扫ESEM的原理及应用
EDS能谱仪及环扫ESEM的原理及应用EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 能谱仪是一种可以测量材料内部元素组成和分布的仪器。
EDS 能谱仪的原理是利用材料与高能电子束相互作用产生的特征X射线来确定材料内部的元素组成。
EDS能谱仪的工作原理如下：首先，电子束经由能量选择器，选择所需的能量。
然后，电子束与样品相互作用，与材料中的原子发生碰撞，激发材料中电子的能级。
在激发态下，部分电子会跃迁到低能级，释放出特征X射线。
这些特征X射线的能量和强度与材料中存在的不同元素相关。
最后，EDS能谱仪使用能谱探测器收集和测量特征X射线的能量，从而确定材料中的元素组成。
1.材料科学和工程：EDS能谱仪可以用于研究材料的组成、纯度、晶体结构等方面。
例如，可以利用EDS能谱仪来分析金属合金中的元素含量和分布，从而评估其组织结构和性能。
2.地质学和环境科学：EDS能谱仪可以用于研究地球上的矿物和岩石，以及环境中的污染物。
例如，可以利用EDS能谱仪来分析岩石中的元素含量和分布，从而确定其成因和演化过程。
3.生命科学：EDS能谱仪可以用于生物样品的研究。
例如，可以利用EDS能谱仪来分析细胞中的元素组成，从而研究细胞功能和代谢。
4.金属材料和半导体材料的分析：EDS能谱仪可以用于金属和半导体材料的分析，例如金属合金的成分分析和半导体材料中杂质的检测。
环扫 ESEM (Environmental Scanning Electron Microscopy) 是一种与EDS能谱仪结合使用的显微镜技术。
环扫 ESEM 可以在较高湿度和低真空环境下进行电镜观察和分析，从而使样品可以在原始的湿度和温度条件下进行观察。
环扫ESEM的原理是将样品置于真空室中，在样品表面施加高电压，产生电子束。
电子束与样品相互作用，产生二次电子、反射电子和特征X射线等。
这些信号经过适当的探测器收集和转换为图像和能谱信息。
能谱仪工作原理
能谱仪工作原理
能谱仪是一种用于分析物质成分和结构的仪器，它通过测量样品中不同元素的
能谱图谱来实现对样品的分析。
能谱仪的工作原理主要包括样品激发、能谱检测和数据处理三个部分。
首先，样品激发是能谱仪工作的第一步。
当样品受到激发能量时，其中的原子
和分子会处于高能级状态，这些高能级状态的原子和分子会发生跃迁，从而释放出特定的能量。
这些能量的释放形成了样品的能谱图谱，能谱图谱中的峰对应着不同元素的特征能量。
其次，能谱检测是能谱仪工作的第二步。
能谱检测是通过能谱仪中的探测器来
实现的，当样品释放出能量时，探测器会将这些能量转换成电信号。
这些电信号随后会被放大和处理，最终转化成能谱图谱。
能谱图谱中的峰的位置和强度可以反映出样品中不同元素的含量和种类。
最后，数据处理是能谱仪工作的第三步。
在数据处理过程中，能谱仪会将从探
测器中得到的信号进行数字化处理，然后通过计算机进行数据处理和分析。
计算机会将能谱图谱中的峰进行识别和定量分析，从而得出样品中不同元素的含量和种类。
同时，计算机还可以对能谱图谱进行峰形分析和背景扣除，提高分析结果的准确性和精确度。
综上所述，能谱仪的工作原理主要包括样品激发、能谱检测和数据处理三个部分。
通过这些步骤，能谱仪可以实现对样品中不同元素的分析和检测，为化学分析和材料表征提供了重要的技术手段。
能谱仪在化学、材料、环境等领域具有广泛的应用前景，对于推动科学研究和工程技术发展具有重要意义。
能谱仪的工作原理
能谱仪的工作原理
能谱仪是一种用于解析物质组成的仪器。
它的工作原理是基于物质原子或分子受到激发后会发射出特定波长的光或吸收特定波长的光的特性。
能谱仪中的样品首先由激发源激发，激发源可以是电子束、离子束、激光束等。
激发后，样品中的原子或分子处于高能态，而且非稳定，它们会通过发射出特定波长的光回到稳定态。
这些发射的光被称为发射光谱。
发射光谱进入能谱仪后，首先通过一个入射狭缝被限制在一个小的空间范围内，然后通过一个光栅或其他色散元件分散为不同波长的光。
经过色散后，光通过另一个狭缝进入光电二极管或其他光探测器。
光探测器将接收到的光转换为电信号。
通过测量光的强度和频率，能谱仪可以确定发射光谱中各个波长的信号强度。
这些信号强度与样品中存在的元素或分子的种类和数量有关。
能谱仪还可以用于分析物质的吸收光谱。
在这种情况下，样品通过入射狭缝后，光通过样品并被吸收或减弱。
吸收光谱中被吸收的光与样品中存在的元素或分子种类和数量有关。
通过比较样品的发射光谱或吸收光谱与已知物质的光谱数据库，可以确定样品中的元素或分子组成。
这使得能谱仪成为一种重要的分析工具，在物质科学、生物科学、环境科学和化学领域有广泛的应用。
EDS元素分析..
EDS元素分析一、实验目的1.了解能谱仪（EDS）的结构和工作原理。
2.掌握能谱仪（EDS）的分析方法、特点及应用。
二、实验原理在现代的扫描电镜和透射电镜中，能谱仪（EDS）是一个重要的附件，它同主机共用一套光学系统，可对材料中感兴趣部位的化学成分进行点分析、面分析、线分析。
它的主要优点有：（1）分析速度快，效率高，能同时对原子序数在11—92之间的所有元素（甚至C、N、O等超轻元素）进行快速定性、定量分析；（2）稳定性好，重复性好；（3）能用于粗糙表面的成分分析（断口等）；（4）能对材料中的成分偏析进行测量，等等。
（一）EDS的工作原理探头接受特征X射线信号→把特征X射线光信号转变成具有不同高度的电脉冲信号→放大器放大信号→多道脉冲分析器把代表不同能量（波长）X射线的脉冲信号按高度编入不同频道→在荧光屏上显示谱线→利用计算机进行定性和定量计算。
（二）EDS的结构1、探测头：把X射线光子信号转换成电脉冲信号，脉冲高度与X射线光子的能量成正比。
2、放大器：放大电脉冲信号。
3、多道脉冲高度分析器：把脉冲按高度不同编入不同频道，也就是说，把不同的特征X射线按能量不同进行区分。
4、信号处理和显示系统：鉴别谱、定性、定量计算；记录分析结果。
（三）EDS的分析技术1、定性分析：EDS的谱图中谱峰代表样品中存在的元素。
定性分析是分析未知样品的第一步，即鉴别所含的元素。
如果不能正确地鉴别元素的种类，最后定量分析的精度就毫无意义。
通常能够可靠地鉴别出一个样品的主要成分，但对于确定次要或微量元素，只有认真地处理谱线干扰、失真和每个元素的谱线系等问题，才能做到准确无误。
定性分析又分为自动定性分析和手动定性分析，其中自动定性分析是根据能量位置来确定峰位，直接单击“操作/定性分析”按钮，即可在谱的每个峰位置显示出相应的元素符号。
自动定性分析识别速度快，但由于谱峰重叠干扰严重，会产生一定的误差。
2、定量分析：定量分析是通过X射线强度来获取组成样品材料的各种元素的浓度。
EDS元素分析-eds图像
（3）在电镜图像和线扫描图像上都使用图像强度光标。当移动某一个光标时，另一个光标 也随之移动。电镜图像上的光标指示出当前光标所在位置的横、纵坐标及灰度值：线扫描图 像上的光标指示岀当前光标所在位置的某一元素的计数值。
（4）将某一元素的线扫描图像叠加在电镜图像上显示：单击线扫描图像下的该元素标签， 即可叠加/不叠加显示该元素的线扫描图像。叠加属性可按如下方式修改：
EDS的工作原理
探头接受特征X射线信号一把特征X射线光信号转变成具有不同高度的电脉冲信号一放 大器放大信号一多道脉冲分析器把代表不同能量（波长）X射线的脉冲信号按髙度编入不同 频道一在荧光屏上显示谱线一利用计算机进行楚性和定疑计算。
（二）EDS的结构
1、 探测头：把X射线光子信号转换成电脉冲信号，脉冲高度与X射线光子的能疑ห้องสมุดไป่ตู้正比。
EDS
一、 实验目的
1.了解能谱仪（EDS）的结构和工作原理。
2.掌握能谱仪（EDS）的分析方法、特点及应用。
二、 实验原理
在现代的扫描电镜和透射电镜中，能谱仪（EDS）是一个重要的附件，它同主机共用一 套光学系统，可对材料中感兴趣部位的化学成分进行点分析、而分析、线分析。它的主要优 点有：（1）分析速度快，效率髙，能同时对原子序数在11—92之间的所有元素（甚至C、N、0等超轻元素）进行快速定性、泄量分析：（2）稳定性好，重复性好；（3）能用于粗糙表而 的成分分析（断口等）：（4）能对材料中的成分偏析进行测量，等等。
2、 左疑分析：左量分析是通过X射线强度来获取组成样品材料的各种元素的浓度。根据实 际情况，人们寻求并提出了测量未知样品和标样的强度比方法，再把强度比经过泄量修正换 算成浓度比。最广泛使用的一种定星修正技术是ZAF修正。
γ能谱仪 电路 结构 原理
γ能谱仪电路结构原理及原理一、FD-3022四道γ能谱仪FD-3022四道γ能谱仪是上海电子仪器厂研制生产的智能型放射性勘查仪器。
该仪器用于在地面同时测量地质体的在四个不同能量范围内的γ射线照射量率，用以寻找钾、铀、钍和其它矿产或研究其它有关问题。
1、仪器的功能与结构a、仪器的功能该仪器和旧的非智能型的四道γ能谱仪(FD-3003、FD-840)的功能基本相同。
(1) 它具有四个测量道(铀道、钍道、钾道和总道)，能同时测量地质体的在四个不同能量范围内的γ射线照射量率，并依次显示四个道的计数率。
也能自动扣除各道本底计数并自动运算解联立方程给出地质体的铀、钍、钾含量和总道的铀当量含量。
(2) 它具有二个自稳道和自稳铯源，能自动跟踪谱漂移，进行硬件有源稳谱。
(3) 仪器能方便的输入模型标定出的10个系数、各道的本底值和铯峰铀、钍修正值，并能长期(关机)保存，也能方便地进行修改。
(4) 仪器能自动进行归一化测量，铀道、钍道、钾道计数率均归一化为每100秒的计数，总道计数率归一化为每10秒的计数。
仪器测量结果用五位数字显示，显示精度铀、钍和总道含量为0.1PPM;钾为0.1%。
(5) 可以通过选择开关在15～1000秒之间选取测量时间，仪器自动通过硬件电路进行死时间修正，实际测量时间将跟据地质体γ射线照射量率而大于所选取的测量时间。
b、仪器的结构图4.9是FD-3022四道γ能谱仪的方框原理图。
它由信号采集系统和单片机测量系统两大部分组成。
信号采集系统由闪烁探测器、放大器、四道脉冲幅度分析器、低压及高压直流变换器组成;单片机测量系统由单片机最小系统、显示器、稳谱电路、参数输入电路及附属电路(电池检测、键入、告警)等组成。
闪烁探测器将核幅射(γ射线)转换为电脉冲，电脉冲的幅度与射线能量成正比，脉冲计数率与幅射强度成正比。
放大器将辐射电脉冲线性放大、成形展宽后，同时送至六个单道脉冲幅度分析器进行幅度分析。
然后信号按幅度(射线能量)分成六路分别进入六个计数器进行定时计数。
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❖EDS的分析技术
（1）X射线的测量
当用强电子束照射试样，产生大量的X射线时 ，系统的漏计数的百分比就称为死时间Tdead,它可 以用输入侧的计数率RIN和输出侧的计数率ROUT来 表示：
Tdead＝（1－ROUT/RIN）×100％
二、能谱仪结构及工作
细节决定成败 价值源于自我
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❖ 样品和电子扫描显微镜
（1）为了得到较精确的定性、定量分析结果，应该 对样品进行适当的处理，尽量使样品表面平整、光 洁和导电。
三、实验步骤与方法 细节决定成败 价值源于自我
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（2）调整电子扫描显微镜的状态，使X射线EDS探
测器以最佳的立体角接收样品表面激发出了特征X 光子。
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（5）定量分析
定量分析是通过X射线强度来获取组成样品材 料的各种元素的浓度。根据实际情况，人们寻求并 提出了测量未知样品和标样的强度比方法，再把强 度比经过定量修正换算呈浓度比。最广泛使用的一 种定量修正技术是ZAF修正。本软件中提供了两种 定量分析方法：无标样定量分析法和有标样定量分 析析法。
上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填 入时，作为多余的能量放出的就是特征X射线。
❖ 特点：特征X射线具有元素固有的能量，所以，将 它们展开成能谱后，根据它的能量值就可以确定元 素的种类，而且根据谱的强度分析就可以确定其含 量。
二、能谱仪结构及工作原理 细节决定成败 价值源于自我
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原理
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图2 入射电子束在试样内的扩散
二、能谱仪结构及工作原理 细节决定成败 价值源于自我
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（3）峰/背比（P/B）
❖ 按照札卢泽克（Zaluzec）理论，探测到的薄膜试 样中元素的X射线强度N的表示式如下：
N=(IσωpN0ρCtΩ)/4επM
式中：
I——入射电子束强度；
原理
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❖ ①自动定性分析
自动定性分析是根据能量位置来确定峰位， 直接单击“操作/定性分析”按钮，即可实现自动定 性分析，在谱的每个峰的位置显示出相应的元素符 号。
❖ ②手动定性分定性分析
自动定性分析优点是识别速度快，但由于能谱 谱峰重叠干扰严重，自动识别极易出错为此分析者 在仪器自动定性分析过程结束后，还必须对识别错 了的元素用手动定性分析进行修正。
σ——离化截面；
ω——荧光产额；
ρ——密度；
p——关注的特征X射成（浓度）（质量分数，％）；
t——试样厚度； ；
Ω——探测立体角
ε——探测器效率； 。
M——相对原子质量
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（4）定性分析
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一、实验目的 细节决定成败 价值源于自我
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❖结合场发射扫描电镜Sirion 200附件GENESIS60E型X-射 线能谱仪，了解能谱仪的结构及工作原理。
❖ 结合实例分析，熟悉能谱分析方法及应用。
❖ 学会正确选用微区成分分析方法及其分析参数的选择 。
为保证定性分析的可靠性，采谱时必须注意 两条：
第一，采谱前要对能谱仪的能量刻度进行校 正，使仪器的零点和增益值落在正确值范围内；
第二，选择合适的工作条件，以获得一个能 量分辨率好，被分析元素的谱峰有足够计数、无杂 峰和杂散辐射干扰或干扰最小的EDS谱。
二、能谱仪结构及工作
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二、能谱仪结构及工作
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（6）元素的面分布分析方法
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CRT 上显示出来，就得到特征X射线强度的二维分布的 像。
三、实验步骤与方法 细节决定成败 价值源于自我
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（2）空间分辨率
图2示出入射电子束的直径和电子束在试样内 的扩展，即X射线产生区域的示意图。
在分析电子显微镜的分析中，电子束在试样 中的扩展对空间分辨率是有影响的，加速电压、入 射电子束直径、试样厚度、试样的密度等都是决定 空间分辨率的因素。
二、能谱仪结构及工作
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❖ 调理电镜加速电压。
❖ 调整工作距离、样品台倾斜角度以及探测器臂长。
❖ 调整电子束对中和束斑尺寸，使输入计算率达到最 佳。
二、能谱仪结构及工作原理 细节决定成败 价值源于自我
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图1 EDS系统框图
二、能谱仪结构及工作原理 细节决定成败 价值源于自我
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为了使硅中的锂稳定和降低FET的热噪声，平 时和测量时都必须用液氮冷却EDS探测器。
保护探测器的探测窗口有两类:
❖铍窗口型（beryllium window type）
这种探测器使用起来比较容易，但是，由于铍 薄膜对低能X射线的吸收，所以，不能分析比Na(Z ＝11)轻的元素。
❖超薄窗口型（UTW type : ultra thin window type ）
它吸收X射线少，可以测量C(Z＝6)以上的比较 轻的元素。
二、能谱仪结构及工作
细节决定成败 价值源于自我
❖ X射线探测器的种类和原理
展成谱的方法：
❖X射线能量色散谱方法(EDS:energy dispersive X-ray spectroscopy)
❖X射线波长色散谱方法(WDS：wavelength dispersive X-ray spectroscopy)
在分析电子显微镜中均采用探测率高的EDS 。从试样产生的X射线通过测角台进入到探测器中 。
二、能谱仪结构及工作
细节决定成败 价值源于自我
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X射线能量色散谱分析方法是电子显微技术最 基本和一直使用的、具有成分分析功能的方法，通 常称为X射线能谱分析法，简称EDS或EDX方法。
二、能谱仪结构及工作
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❖特征X射线的产生
❖ 产生：内壳层电子被轰击后跳到比费米能高的能级