元素特征X射线能谱表
eds能谱表
EDS能谱表一、引言随着科技的不断进步，能谱分析技术已成为材料科学、生命科学、环境科学等领域中不可或缺的分析手段。
其中，EDS能谱表作为一种常用的能谱分析技术，具有广泛的应用前景。
本文将对EDS能谱表的基本原理、技术特点、应用领域及未来发展方向进行详细阐述。
二、EDS能谱表基本原理EDS能谱表，即能量色散X射线光谱仪，是一种基于X射线照射样品后产生的特征X射线来进行元素分析的仪器。
当X射线照射到样品上时，样品中的元素会发射出具有特定波长和能量的特征X射线。
通过测量这些特征X射线的能量和强度，可以确定样品中元素的种类和含量。
EDS能谱表的原理基于X射线与物质相互作用时的能量损失和光谱线特征，能够对样品进行定性和定量分析。
三、EDS能谱表技术特点EDS能谱表具有以下技术特点：1.高精度元素分析：EDS能谱表可以对样品中的元素进行高精度分析，检测范围广泛，包括轻元素到重元素。
2.快速分析：EDS能谱表具有较高的分析速度，可以在较短的时间内完成样品的元素分析。
3.空间分辨率高：EDS能谱表的空间分辨率较高，能够提供元素在样品表面分布的信息。
4.无需样品制备：EDS能谱表分析时不需要对样品进行特殊制备，可以直接对样品进行测量。
5.操作简便：EDS能谱表的操作系统较为简单，便于用户快速掌握。
6.适用范围广：EDS能谱表适用于各种材料的分析，如金属、陶瓷、塑料、生物组织等。
四、EDS能谱表应用领域EDS能谱表在多个领域中都有广泛的应用：1.材料科学：在材料科学领域中，EDS能谱表常被用于合金、陶瓷、复合材料等材料的元素分析和成分研究。
通过对材料表面元素的分布进行分析，可以深入了解材料的结构和性能。
2.生物学：在生物学领域中，EDS能谱表常被用于生物组织、细胞、蛋白质等样品的元素分析。
通过对生物样品中元素的种类和含量进行分析，可以揭示生物体内的代谢过程和生理机制。
3.环境科学：在环境科学领域中，EDS能谱表常被用于土壤、水、空气等样品的元素分析。
X射线光电子能谱(XPS)谱图分析
一、X光电子能谱分析的基本原理X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。
该过程可用下式表示：hn=Ek+Eb+Er （1）其中:hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。
其中Er很小，可以忽略。
对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，式(1)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为 4 eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。
各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。
因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。
元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。
例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。
因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。
二、电子能谱法的特点(1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。
(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。
它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。
而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。
(3)是一种无损分析。
(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度高达10-18g，样品分析深度约2nm。
X射线光谱法
5.2.1. X射线辐射源
5.2.1.1. X射线管
分析工作最常用的X射线光源是各种不同形状和方 式的高功率X射线管，一般是由一个带铍窗口(能透过X 射线)的防射线的重金属罩和一个具有绝缘性能的真空 玻璃罩组成的套管。
5.2.1. X射线辐射源
5.2.1.2.放射性同位素
许多放射性物质可以用于X射线荧光和吸收分析。通 常，放射性同位素封装在容器中防止实验室污染，并且套 在吸收罩内，吸收罩能够吸收除一定方向外的所有辐射。 多数同位素源提供的是线光谱。由于X射线吸收曲线的形 状，一个给定的放射性同位素．可以适合一定范围元素的 荧光和吸收研究。
5.1.1.2.电子束源产生的特征X射线
在对钼靶进行轰击后产生了两条强 的发射线（0.063和0.071nm），在0.04～ 0.06 nm还产生了一系列连续谱。在原子 序数大于23的元素中，钼的发射行为很 典型:与紫外的发射线相比，钼的X射线 非常简单;它由两个线系组成，短波称为 K系，长波称为L系。下表列举了部分元 素的特征X射线。
目前在X射线光谱分析中，特征线的符号系统 比较混乱，尚未达到规范化。通常，在一组线系中， α1线最强。除Kα2比Kβ1强以外，一般β1为第二条最 强线。元素中的各谱线都是用相应的符号来表示的。 上述能级图适用于大部分元素，能级差会随原子序 数增大而规律性的增大;而核电荷的增加也会提高最 低加速电压。
5.1.3. X射线的散射和衍射
X射线衍射所需条件有两个:1.原子层之间间距必 须与辐射的波长大致相当;2.散射中心的空间分布必须 非常规则。如果距离
AP+PC=nλ n为一整数，散射将在OCD相，晶体好象是在反 射X辐射。但是，
AP=PC=dsinθ d为晶体平面间间距。因此，光束在反射方向发 生相干干涉的条件为：
xps与aes(x射线光电子能谱与俄歇电子能谱)
真空紫外光电子能谱(UPS){电子结合能、电子结构}
电子能量损失谱(EELS) {表面结构分析}
X射线光电子能谱（XPS）
用X射线做激发源去轰击样 品，使原子或分子的内层电 子受激发射出来，并直接测 量二次电子的能量，这种能 量表现为二次电子的结合能 Eb , Eb随元素而不同，并且 有较高的分辨力，它不仅可 以得到原子的第一电离能， 而且可以得到从价电子到K 壳层的各级电子电离能，有 助于了解离子的几何构型和 轨道成键特征，是目前表面 分析中使用最广的谱仪之一。
光电子能谱分析
电子能谱是多种表面分析技术集合的总称。电子能 谱是通过分析各种冲击粒子与原子、分子或固体 间碰撞后所发射出的电子的能量来测定原子或分 子中电子结合能的分析技术。
电子能谱主要包括： X射线光电子能谱（XPS）{电子结合能、元素原子价态、表面原子
组分、杂质原子能带结构}
俄歇电子能谱（AES）{表面元素分析、结合能元素的原子价态、结合态}
计数 / 任意单位
C KLL Ti KLL
O KLL
278.0
415 385
510
X射线能谱仪工作原理及谱图解析1X射线能谱仪分析原理X射线能谱
X射线能谱仪工作原理及谱图解析1、X射线能谱仪分析原理X射线能谱仪作为扫描电镜的一个重要附件，可被看成是扫描电镜X射线信号检测器。
其主要对扫描电镜的微区成分进行定性、定量分析，可以分析元素周期表中从B-U的所有元素信息。
其原理为：扫描电镜电子枪发出的高能电子进入样品后，受到样品原子的非弹性散射，将能量传递给该原子。
该原子内壳层的电子被电离并脱离，内壳层上出现一个空位，原子处于不稳定的高能激发态。
在激发后的10-12s内原子便恢复到最低能量的基态。
在这个过程中，一系列外层电子向内壳层的空位跃迁，同时产生X射线，释放出多余的能量。
对任一原子而言，各个能级之间的能量差都是确定的，因此各种原子受激发而产生的X射线的能量也都是确定的（图1）。
X射线能谱仪收集X射线，并根据其能量对其记数、分类，从而对元素进行定性、定量分析。
图1. 粒子间相互作用产生特征X射线本所能谱仪型号为：BRUKER X-Flash 5010，有四种检测模式：点扫描，区域扫描，线扫描，面扫描。
2、能谱仪检测模式介绍及参数解读2.1 点扫描及区域扫描模式图2 X射线能谱仪点扫描（A）、选区扫描（B）报告点扫描与选区扫描主要用于对元素进行定性和定量分析，确定选定的点或区域范围内存在的所有元素种类，并对各种元素的相对含量进行计算。
能谱检测对倍数要求不高，不同倍数条件下检测结果差异不大，关键在于选取检测的部位。
一般选择较大的块体在5000倍以下检测，因为X射线出射深度较深，除金属或陶瓷等非常致密的材料外，一般的块体在20kV加速电压下，X射线出射深度2μm左右，且点扫描的范围也在直径2μm左右。
因此块体太小或倍数过大，都会造成背景严重，测量准确度下降。
此外，最好选择比较平整的区域检测，因为电子打在坑坑洼洼的样品表面，X射线出射深度差别较大，定量信息不够准确。
特别低洼的区域，几乎检测不到信号，或信号很弱，得到的结果也便不准确。
第三，电子束与轻元素相会作用区域较大，干扰更强，因此轻元素的定量比重元素更加不准确。
X射线光电子能谱（XPS）
另外，原子中的电子既有轨道运动又有自旋运动。它们之间存在着耦合（电磁相
互）作用，使得能级发生分裂。对于ι >0的内壳层，这种分裂可以用内量子数j来
表示。其数值为：
j=
l + ms
=
l±
1 2
所以：对于ι ＝0，j＝1/2。对于ι >0，则j＝ ι ＋½或者ι －½。也就是说，除了s能
级不发生分裂外，其他能级均分裂为两个能级：在XPS谱图中出现双峰。
3
电子能谱的基本原理
基本原理就是光电效应。
能量关系可表示：
hv = Eb + Ek + Er
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量
Er
=
1(M
2
− m)υa*2
忽略 Er (<0.1eV）得
hv = Ek + Eb
4
对孤立原子或分子，Eb 就是把电子从所在轨道
移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。
S能级的内量子数½通 常省略。如：C的1s 能级没有分裂，在 XPS谱图上只有一个 峰，表示为：C1s。
C1s
14
基本原理
4、电子结合能Eb： 一个自由原子或者离子的结合能，等于将此电子从所在的能级转移到无限远处所 需要的能量。对于气体样品，如果样品室和谱仪制作材料的影响可以忽略，那么 电子的结合能Eb可以从光子的入射能量hν以及测得的电子的动能Ek求出，即：
21
X射线光电子能谱分析的基本原理
5、XPS信息深度： 在XPS分析中，一般用能量较低的软X射线激发光电子（如：Al 和Mg的Kα线）。虽然软X射线的能量不高，但是仍然可以穿透 10nm厚的固体表层，并引起那里的原子轨道上的电子光电离。 产生的光电子在离开固体表面之前，要经历一系列的弹性（光 电子与原子核或者其他电子相互作用时不损失能量）和非弹性 散射（光电子损失能量）。弹性散射的光电子形成了XPS谱的 主峰；非弹性散射形成某些伴峰或者信号的背底。 一般认为：对于那些具有特征能量的光电子穿过固体表面时， 其强度衰减遵从指数规律。假设光电子的初始强度为I0，在固体 中经过dt距离，强度损失了dI，有：
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。
2019年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。