电子探针分析【英文】
电子探针显微分析
电子探针显微分析电子探针显微分析（Electron Probe Microanalysis，简称EPMA）是一种用于材料分析的先进技术。
它结合了扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，简称SEM）和能谱仪，能够提供高分辨率的成分分析和元素分布图像。
电子探针显微分析的原理是利用电子束和样品之间的相互作用。
首先，电子束通过集束系统聚焦到样品表面，与样品发生相互作用。
这些相互作用包括：在样品表面产生的次级电子、背散射电子和散射电子。
次级电子是从样品表面弹出的电子，背散射电子是从样品内部产生的电子，散射电子是从相互作用点散射出的电子。
次级电子和背散射电子是电子显微镜的常规成像信号，这部分信号可以用来获得样品的表面形貌和显微结构。
而散射电子则包含了样品的化学信息，通过能谱仪可以对这些散射电子进行能谱分析，获得样品的元素组成。
电子探针显微分析既可以定性分析材料中的元素，也可以定量分析元素的含量。
电子探针显微分析在材料科学、地质学、环境科学等领域广泛应用。
它可以对金属、陶瓷、半导体、岩石等各种材料进行分析。
在材料科学研究中，电子探针显微分析可以用于分析材料中的微观缺陷、晶体结构和化学成分。
在地质学研究中，它可以用于分析岩石样品中的矿物成分和地球化学元素分布。
在环境科学研究中，它可以对大气颗粒物、水体中的溶解物等进行化学成分分析。
除了成分分析，电子探针显微分析还可以进行元素的显微分布分析。
通过调整电子束的扫描区域和扫描速度，可以获得样品中元素的分布图像。
这些图像可以用来研究材料的相分离、溶质迁移和化学反应等过程。
总之，电子探针显微分析是一种强大的材料分析工具。
它提供了高分辨率、高灵敏度的成分分析和元素分布图像，对于研究材料的结构和性质具有重要意义。
未来，随着技术的不断进步，电子探针显微分析将在更多领域展示其潜力和应用价值。
仪器设备的缩写
仪器设备的缩写
X射线衍射XRD
透射电子显微镜（简称“透射电镜”）TEM
分析电子显微镜（简称“分析电镜”）AEM
高压电子显微镜（简称“高压电镜”）HVEM
电子衍射ED
反射式高能电子衍射RHEED
低能电子衍射LEED
扫描电子显微镜（简称“扫描电镜”）SEM
电子探针X射线显微分析（简称“电子探针”）EPMA
波长色散谱仪（或波长分析谱仪，简称“波谱仪”）WDS
能量色散谱仪（或能量分析谱仪，简称“能谱仪”）EDS
X射线荧光光谱XRF或XFS
原子发射光谱AES
原子吸收光谱AAS
原子荧光光谱AFS
紫外、可见吸收光谱（紫外、可见光谱）UV-VIS
红外吸收光谱（红外光谱）IR
傅里叶变换红外光谱FTIR或FT-IR
电子自旋共振谱（电子顺磁共振谱）ESR（EPR）
核磁共振谱NMR
俄歇电子能谱AES
X射线光电子能谱（化学分析用电子能谱）XPS（ESCA）
紫外光电子能谱UPS
热分析TA
差热分析DTA
差示扫描量热法DSC
热重法（热重分析）TG（TGA）
二次离子质谱SIMS
扫描隧道显微镜STM
原子力显微镜AFM
扫描探针显微镜SPM
示例：
X射线衍射、透射电子显微镜、紫外光电子能谱、差示扫描量热法的英文字母缩写分别是（）、（）、（）、（）。
答案：XRD，TEM，UPS，DSC。
常用材料分析方法中英文对照
1. Elemental Analysis 元素分析Atomic absorption spectroscopy 原子吸收光谱Auger electron spectroscopy (AES) 俄歇电子能谱Electron probe microanalysis (EPMA) 电子探针微分析Electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) 化学分析电子能谱Energy dispersive spectroscopy (EDS) 能量色散谱Flame photometry 火焰光度法Wavelength dispersive spectroscopy (WDS)X-ray fluorescence X射线荧光2. Molecular and Solid State Analysis 分子与固态分析Chromatography [gas chromatography (GC), size exclusion chromatography (SEC)]色谱[气相色谱，体积排除色谱]Electron diffraction 电子衍射Electron microscopy [scanning electron microscopy (SEM),transmission electron microscopy (TEM),scanning TEM (STEM)] 电子显微镜Electron spin resonance (ESR) 电子自旋共振Infrared spectroscopy (IR) 红外光谱Mass spectrometry 质谱Mercury porosimetry 压汞法Mossbauer spectroscopy 穆斯堡尔谱Nuclear magnetic resonance (NMR) 核磁共振Neutron diffraction 中子衍射Optical microscopy 光学显微镜Optical rotatory dispersion (ORD) 旋光色散Raman spectroscopy 拉曼光谱Rutherford back scattering (RBS) 卢瑟福背散射Small angle x-ray scattering (SAXS) 小角X射线散射Thermal analysis [differential scanning calorimetry (DSC),thermal gravimetric analysis (TGA),differential thermal analysis (DTA) temperature desorption spectroscopy (TDS),thermomechanical analysis (TMA)]热分析[差示扫描量热计法，热-重分析，微分热分析，升温脱附，热机械分析]UV spectroscopy 紫外光谱X-ray techniques [x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), x-ray diffraction (XRD), x-ray emission,x-ray absorption] X射线技术[x射线光电子能谱，x射线衍射，x射线发射，x射线吸收]3. Surface Characterization Techniques 表面表征技术Electron energy loss spectroscopy (EELS) 电子能量损失谱Ellipsometry 椭圆偏振术Extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) 扩展X射线吸收精细结构Helium (or atom) diffractionLateral (or frictional) force microscopy (LFM) 横向（摩擦）力显微镜Low-energy electron diffraction (LEED) 低能电子衍射Magnetic force microscopy (MFM) 磁力显微镜Near-edge x-ray adsorption fine structure (NEXAFS) 近边X射线吸收精细结构Near field scanning 近场扫描Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) 反射高能电子衍射Scanning tunneling microscopy (STM) 扫描隧道显微镜Scanning force microscopy (SFM) 扫描力显微镜Secondary ion mass spectroscopy (SIMS) 二次离子质谱Surface enhanced raman spectroscopy (SERS) 表面增强拉曼光谱Surface extended x-ray adsorption fine structure (SEXAFS) 表面扩展X射线吸收精细结构Surface force apparatus 表面力仪器。
电子探针分析【英文】
Electron probe microanalysis Electron microprobe analysis EPMA (EMPA)
An Historical Introduction: Merging of discoveries in physics, chemistry and microscopy
Revised 1/21/2012
Hale Waihona Puke UW- Madison Geology 777
Overview
•Electrons and x-rays •Spectroscopy and chemical analysis •Development of electron and x-ray instruments •Essentials of an electron microprobe
Electrons - 1
UW- Madison Geology 777
Electrons - 2
• 18th Century: Benjamin Franklin described electricity as an elastic fluid made of extremely small particles. Electrical conductivity was observed in air near hot poker (= thermoionic emission of electrons) • Cathode ray effects (glow) noticed by Faraday (1821); named “fluorescence” in 1852 by Stokes • 1855 Geissler devised a pump to improve the vacuum in evacuated electric tubes (=Geissler tubes) • 1858 Plü cker forced electric current thru a Geissler tube, observed fluorescence, and saw it was deflected by a magnet. Some credit him with discovery of cathode rays
电子探针显微分析
You can see in Figure 6.4 that Si(Li) detectors show a drop in efficiency above ~20 keV.
This is because X-rays with such high energy can pass through the detector without depositing their energy by creating electronhole pairs.
4. Finally, a digitized signal is stored in a channel assigned to that energy in the MCA.
Figure 5.1 EDS spectra (b) corresponding to the X-rays of detector received.
You may recall that it takes ~3.8 eV to generate an electron-hole pair in Si, so a Be Kα X-ray will create at most 29 electron-hole pairs, giving a charge pulse of ~5×10-18 C!
The EDS produces spectra which are plots of X-ray counts (imprecisely termed "intensity") versus X-ray energy.
When electrons ionize an atom, the emitted characteristic X-ray energy is unique to the ionized atom.
electron probe analysis
electron probe analysis电子探针分析是一种用电子束照射材料并测量产生的各种信号来分析样品成分的高级技术。
它是一种精密而强大的分析方法，广泛应用于材料科学、地质学、生命科学等领域。
本文将深入探讨电子探针分析的原理、应用和发展趋势。
原理及仪器：电子探针分析的核心原理是基于电子与物质相互作用的过程。
当高能电子束照射到样品表面时，电子会与原子中的电子发生相互作用，导致样品发射出多种信号，包括X射线、二次电子、和退火电子。
通过测量这些信号的性质和数量，可以确定样品中的元素、结构和组分。
电子探针分析的仪器主要由电子枪、样品室、X射线谱仪和控制系统等组成。
电子枪产生高能电子束，照射到样品表面；样品室用于支持和定位样品；X射线谱仪检测和分析样品发射的X射线。
控制系统则负责调整仪器参数，以获取准确的分析结果。
应用领域：电子探针分析广泛应用于材料科学、地质学、金属学等多个领域。
在材料科学中，它常用于分析金属、陶瓷、半导体等材料的成分和微观结构。
在地质学中，电子探针分析可用于研究岩石和矿物的成分，提供关于地质过程和历史的重要信息。
在金属学中，电子探针分析可用于质量控制和材料研究，确保金属产品符合特定的标准。
技术优势：与传统的化学分析方法相比，电子探针分析具有许多技术优势。
首先，它具有极高的空间分辨率，能够在微米尺度上进行分析。
其次，电子探针分析不需要样品的特殊制备，适用于各种形状和尺寸的样品。
此外，它具有多元素分析的能力，可以同时检测多个元素，提高了分析的效率。
发展趋势：随着科技的不断进步，电子探针分析技术也在不断发展。
未来的发展趋势包括提高空间分辨率、降低分析的检测限、推动样品制备技术的创新等。
同时，与其他先进的分析技术结合，如扫描电子显微镜和能谱技术，将进一步拓展电子探针分析在科学研究和工业应用中的应用范围。
电子探针分析作为一种强大而高效的分析技术，对于材料研究和质量控制具有重要意义。
通过深入了解其原理、仪器、应用和未来发展趋势，我们可以更好地理解这一技术的优势和局限性，促进其在不同领域的广泛应用。
电子探针
第八章 电子探针、扫描电镜显微分析中国科学院上海硅酸盐所李香庭1 概论1.1 概述电子探针是电子探针X射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA(Electron probe X-ray microanalyser)，扫描电子显微境英文缩写为SEM（Scanning Electron Microscope）。
这两种仪器是分别发展起来的，但现在的EPMA都具有SEM的图像观察、分析功能，SEM也具有EPMA的成分分析功能，这两种仪器的基本构造、分析原理及功能日趋相同。
特别是现代能谱仪，英文缩写为EDS（Energy Dispersive Spectrometer）与SEM组合，不但可以进行较准确的成分分析，而且一般都具有很强的图像分析和图像处理功能。
由于EDS分析速度快等特点，现在EPMA通常也与EDS组合。
虽然EDS的定量分析准确度和检测极限都不如EPMA的波谱仪（Wavelength Dispersive Spectrometer ，缩写为WDS）高，但完全可以满足一般样品的成分分析要求。
由于EPMA与SEM设计的初衷不同，所以二者还有一定差别，例如SEM以观察样品形貌特征为主，电子光学系统的设计注重图像质量，图像的分辨率高、景深大。
现在钨灯丝SEM的二次电子像分辨率可达3nm，场发射SEM二次电子像分辨率可达1nm。
由于SEM一般不安装WDS，所以真空腔体小，腔体可以保持较高真空度；另外，图像观察所使用的电子束电流小，电子光路及光阑等不易污染，使图像质量较长时间保持良好的状态。
EPMA一般以成分分析为主，必须有WDS进行元素成分分析，真空腔体大，成分分析时电子束电流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量下降速度快，需经常清洗光路和光阑，通常EPMA二次电子像分辨率为6nm。
EPMA附有光学显微镜，用于直接观察和寻找样品分析点，使样品分析点处于聚焦园（罗兰园）上，以保证成分定量分析的准确度。
EPMA和SEM都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的样品表面，用X射线能谱仪或波谱仪，测量电子与样品相互作用所产生的特征X射线的波长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可以用二次电子或背散射电子等进行形貌观察。
电子探针扫描电镜显微分析
第八章 电子探针、扫描电镜显微分析中国科学院上海硅酸盐所李香庭1 概论1.1 概述电子探针是电子探针X射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA(Electron probe X-ray microanalyser)，扫描电子显微境英文缩写为SEM（Scanning Electron Microscope）。
这两种仪器是分别发展起来的，但现在的EPMA都具有SEM的图像观察、分析功能，SEM也具有EPMA的成分分析功能，这两种仪器的基本构造、分析原理及功能日趋相同。
特别是现代能谱仪，英文缩写为EDS（Energy Dispersive Spectrometer）与SEM组合，不但可以进行较准确的成分分析，而且一般都具有很强的图像分析和图像处理功能。
由于EDS分析速度快等特点，现在EPMA通常也与EDS组合。
虽然EDS的定量分析准确度和检测极限都不如EPMA的波谱仪（Wavelength Dispersive Spectrometer ，缩写为WDS）高，但完全可以满足一般样品的成分分析要求。
由于EPMA与SEM设计的初衷不同，所以二者还有一定差别，例如SEM以观察样品形貌特征为主，电子光学系统的设计注重图像质量，图像的分辨率高、景深大。
现在钨灯丝SEM的二次电子像分辨率可达3nm，场发射SEM二次电子像分辨率可达1nm。
由于SEM一般不安装WDS，所以真空腔体小，腔体可以保持较高真空度；另外，图像观察所使用的电子束电流小，电子光路及光阑等不易污染，使图像质量较长时间保持良好的状态。
EPMA一般以成分分析为主，必须有WDS进行元素成分分析，真空腔体大，成分分析时电子束电流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量下降速度快，需经常清洗光路和光阑，通常EPMA二次电子像分辨率为6nm。
EPMA附有光学显微镜，用于直接观察和寻找样品分析点，使样品分析点处于聚焦园（罗兰园）上，以保证成分定量分析的准确度。
EPMA和SEM都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的样品表面，用X射线能谱仪或波谱仪，测量电子与样品相互作用所产生的特征X射线的波长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可以用二次电子或背散射电子等进行形貌观察。
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(From reference 2, page 45)
Sample holder/air lock
Provides a means of holding a sample for examination – typically a polished thin section or mineral grain mount Air lock provides a means to exchange samples – be careful here!
Electron Probe Microanalysis
Electron Probe Microanalysis
A technique to quantitatively analyze samples for their chemical composition on atrument: Known as probe, microprobe or electron microprobe – all the same Main components Electron Gun Beam Column Sample Holder/Air Lock X-ray Spectrometers – Wavelength or Energy Dispersive Vacuum System Illumination System
X-ray spectrometers
Two kinds of spectrometer found on probes – wavelength (WDS) and energy dispersive (EDS) – WDS 10X sensitivity of EDS Measure the same thing – characteristic spectra of an element present in the sample E = hc/λ = 12.396/ λ, E = energy in Kev, h = Planck’s constant, c = velocity of light, λ = wavelength in angstroms This relationship shows energy and wavelength are inversely related Method utilizes the characteristic radiation from an excited atom to quantify the amount of an element in a sample – Peak height proportional to amount of element present, after background correction Example: a K shell electron is ejected and an L electron drops to fill vacancy – leads to a Kα line (this radiation is specific to the atom excited)
Brief Description of Main Components Electron Gun – Source of electrons generated by thermionic emission of Tungsten filament
Grid cap (Wehnelt cylinder) negatively biased to constrict electron beam
(From Reference 1, page 30)
Beam Column
Serves to de-magnify image of filament to achieve ~ 1m beam size Contains a condenser lens and an objective lens
(From reference 3, page 7)
Origin of X-ray Lines for K and L Transitions
Quantitative analysis
Purpose: to quantify the amount of an element in a sample – must compare signal from sample to that of a known standard To first order, counts from sample and counts from standard are directly related to concentration k ratio = Isample/Istd = Csample In practice, k ratio must be corrected for sample effects k ratio = Isample/Istd = Csample Z A F Corrections: Commonly referred to as “ZAF” corrections ZAF means we have to make three types of corrections to our sample data Z is the so called atomic number correction – is made up of stopping power and backscatter terms A is the absorption correction – takes into account that some of the X-rays produced in sample volume don’t make it out of the sample F is the fluorescence correction – corrects for X-ray induced excitation in the sample There is an alternate correction process utilized by many of the modern probes – it is the “Phi–rho-z” method, it basically combines the Z and A effects into one method, you still need to do the fluorescence correction as well Software packages included with all modern probes make the corrections for you (Buyer beware!)