电子探针EPMA
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电子探针EPMA
1.2 电子探针的基本原理
• 1.2.1 电子与物质的相互作用 • 1.2.2 电子探针定性分析原理 • 1.2.3 电子探针定量分析原理
1.2.1 电子与物质的相互作用
一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子与试样
的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发
出反映试样形貌、结构和组成的各种信息，有：二次电子、 背散射电子、阴极发光、特征X射线、俄歇过程和俄歇电子、
• 电子探针利用0.5μm－1μm的高能电子束激发分析 试样，通过电子束与试样相互作用产生的特征X射 线、二次电子、吸收电子、 背散射电子及阴极荧 光等信息来分析试样的微区内(μm范围内)成份、形 貌和化学结合状态等特征。
1.1.1 电子探针的发展历史及发展趋势
• • • • • • • • • 1932年在柏林由Knoll和Ruska研制出第一台电子显微镜 1939年西门子（Siemens）第一台透射电镜（TEM）商品 1949年castaing用TEM改装成一台电子探针样机 1951年 6 月，Castaing 在其博士论文中，提出了EPMA定量分析的基本原 理。 1956 年由法国 CAMECA公司制成商品EPMA。 1960 年扫描型电子探针商品问世。且改善分光晶体，使元素探测范围由 Mg12扩展至Be4。 二十世纪70 年代开始，电子探针和扫描电镜的功能组合为一体，同时应用 计算机控制分析过程和进行数据处理。 二十世纪80年代后期，电子探针具有彩色图像处理和图像分析功能，计算 机容量扩大，使分析速度和数据处理时间缩短。 二十世纪90年代中期，电子探针的结构，特别是波谱和样品台的移动有新 的改进，编码定位，通过鼠标可以准确定波谱和样品台位置。
7. 俄歇电子
入射电子与样品相互作用后，元素原子内层轨道的电子轰 击出来成为自由电子或二次电子，而留下空位，从而原子不稳 定。则外层高能电子填充空位，释放出能量，释放的能量一方 面以辐射特征X射线的方式释放，另一方面释放的能量被该原 子吸收，从而从另一轨道上轰击出电子，该电子为俄歇电子。 俄歇电子发生的几率随原子序数的减少而增加，能量较低，逸 出深度≈10Å。俄歇电子的能量对于各元素是特征的。可用来分 析样品表面的成分，适合轻元素和超轻元素分析。
EPMA显微分析
35
EPMA生产厂家
扫描型EPMA是1960年问世。我国从六十 年代中开始陆续引进， 国内现有可用的各 种电子探针约100台，日本超过1500台。 现在世界上生产EPMA的厂家有三家：日 本电子公司、日本岛津公司和法国的 CAMECA公司。 1977 我 国 曾 试 制 过 2 台 EPMA ； 现 在 只 生 产SEM。
一个鼠标，一个键盘－JEOL的EDS。
38
Outline
JXA-8200 view
Scanning display
2
EWS display
Operating panel， Joystick
1 mouse，1keyboard
Flat top & compact display by digital control
30
Ti合金复合材料：Ti、TiB、TiC、Y2O3相
C
Y
31
Ti
定量分析
在稳定的电子束照射下，由谱仪得到的X射线谱在扣除了 背景计数率之后，各元素的同类特征谱线（一般采用Kα） 的强度值与它们的浓度相对应。即经过背景校正后的强 度测量值I与其浓度C成正比。
32
EPMA、SEM区别
EPMA：用于成分分析、形貌观察，以成分分析 为主。主要用WDS进行元素成分分析、检出角 大、附有光学显微镜（OM），可以准确定位工 作距离(物镜极靴下表面与试样表面之间的距离 )、 束流大、稳定（10－3/h)，所以定量结果准确度 高,检测极限低。 缺点：真空腔体大，成分分析束流大，所以电子 光 路 、 光 阑 等 易 污 染 ， 图 像 质 量 不 如 SEM ， EPMA 二 次 电 子 像 分 辨 率 为 3nm( 场 发 射 ） 、 5nm(LaB6)、6nm（W灯丝）。
EPMA生产厂家
扫描型EPMA是1960年问世。我国从六十 年代中开始陆续引进， 国内现有可用的各 种电子探针约100台，日本超过1500台。 现在世界上生产EPMA的厂家有三家：日 本电子公司、日本岛津公司和法国的 CAMECA公司。 1977 我 国 曾 试 制 过 2 台 EPMA ； 现 在 只 生 产SEM。
一个鼠标，一个键盘－JEOL的EDS。
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Outline
JXA-8200 view
Scanning display
2
EWS display
Operating panel， Joystick
1 mouse，1keyboard
Flat top & compact display by digital control
30
Ti合金复合材料：Ti、TiB、TiC、Y2O3相
C
Y
31
Ti
定量分析
在稳定的电子束照射下，由谱仪得到的X射线谱在扣除了 背景计数率之后，各元素的同类特征谱线（一般采用Kα） 的强度值与它们的浓度相对应。即经过背景校正后的强 度测量值I与其浓度C成正比。
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EPMA、SEM区别
EPMA：用于成分分析、形貌观察，以成分分析 为主。主要用WDS进行元素成分分析、检出角 大、附有光学显微镜（OM），可以准确定位工 作距离(物镜极靴下表面与试样表面之间的距离 )、 束流大、稳定（10－3/h)，所以定量结果准确度 高,检测极限低。 缺点：真空腔体大，成分分析束流大，所以电子 光 路 、 光 阑 等 易 污 染 ， 图 像 质 量 不 如 SEM ， EPMA 二 次 电 子 像 分 辨 率 为 3nm( 场 发 射 ） 、 5nm(LaB6)、6nm（W灯丝）。
电子探针X射线显微分析(EPMA)
67
电解抛光原理示意图
68
EBSD试样制备——离子束抛光
69
样品
切割面
挡板 离子束
70
71/56
用途—截面抛光
用途—多相材料
C
W
金刚石复合材料
Si
Cr
72
用途—大面积抛光
No Etch
Etch 10 min.
Etch 30 min.
73
铝合金
机械抛光条件：硅溶胶；5kV，5h
74
EBSD标定率：75.9%
上图所示为：镶嵌后的样品在 振动抛光机上的实际工作状态
66
EBSD试样制备——电解抛光
• 优点：样品表面无变形层 • 缺点： • 并不适合于所有金属，特别是双相或多相合金 • 抛光不均匀或者形成凹坑或浮凸 • 比较难找到合适的抛光工艺参数 • 电解液污染和有毒，不易存储，对于不同材料需要配制不
同电解液。电解液的通用性差，使用寿命短和强腐蚀性。
27
特点
1)对晶体结构分析的精度已使EBSD技术成为一种继X光衍射和 电子衍射后的一种微区物相鉴定新方法; (2)晶体取向分析功能使EBSD技术已成为一种标准的微区织构 分析技术; (3) EBSD方法所具有的高速(每秒钟可测定100个点)分析的特点 及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶 体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又 具有X光衍射(或中子衍射)对大面积样品区域进行统计分析的 特点; (4)进行EBSD分析所需的样品制备相对于TEM样品而言大大简 化。
=25 µm ;M ap4;S tep=0.7 µm ;G rid200x200
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Grain size analysis
电解抛光原理示意图
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EBSD试样制备——离子束抛光
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样品
切割面
挡板 离子束
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用途—截面抛光
用途—多相材料
C
W
金刚石复合材料
Si
Cr
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用途—大面积抛光
No Etch
Etch 10 min.
Etch 30 min.
73
铝合金
机械抛光条件：硅溶胶；5kV，5h
74
EBSD标定率：75.9%
上图所示为：镶嵌后的样品在 振动抛光机上的实际工作状态
66
EBSD试样制备——电解抛光
• 优点：样品表面无变形层 • 缺点： • 并不适合于所有金属，特别是双相或多相合金 • 抛光不均匀或者形成凹坑或浮凸 • 比较难找到合适的抛光工艺参数 • 电解液污染和有毒，不易存储，对于不同材料需要配制不
同电解液。电解液的通用性差，使用寿命短和强腐蚀性。
27
特点
1)对晶体结构分析的精度已使EBSD技术成为一种继X光衍射和 电子衍射后的一种微区物相鉴定新方法; (2)晶体取向分析功能使EBSD技术已成为一种标准的微区织构 分析技术; (3) EBSD方法所具有的高速(每秒钟可测定100个点)分析的特点 及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶 体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又 具有X光衍射(或中子衍射)对大面积样品区域进行统计分析的 特点; (4)进行EBSD分析所需的样品制备相对于TEM样品而言大大简 化。
=25 µm ;M ap4;S tep=0.7 µm ;G rid200x200
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Grain size analysis
epma-1720参数
epma-1720参数
EPMA-1720是一种仪器型号，通常用于分析和测量样品中元素的含量。
EPMA代表电子探针显微分析仪（Electron Probe Microanalyzer），而1720则表示特定型号或者规格。
EPMA-1720通常用于材料科学、地质学、化学和其他领域的研究和应用中。
EPMA-1720的参数通常包括加速电压、电子束直径、探测器类型、分辨率、分析范围和样品台移动范围等。
加速电压是指用于加速电子束的电压，通常以千伏（kV）为单位。
电子束直径是指电子束在样品表面的直径，通常以纳米（nm）为单位。
探测器类型包括能量色散X射线谱仪（EDS）和波长色散X射线谱仪（WDS），它们用于检测样品发射的X射线以确定元素含量。
分辨率表示仪器能够分辨的最小特征尺寸，通常以纳米为单位。
分析范围是指仪器能够分析的元素范围，通常涵盖周期表中的大部分元素。
样品台移动范围表示样品台在X、Y和Z方向上的移动范围，以便对样品进行全面分析。
EPMA-1720还可能具有其他参数，例如工作模式（定量分析、定性分析等）、数据处理软件、自动化功能等。
这些参数可以根据具体的仪器配置和用户需求而有所不同。
总的来说，EPMA-1720作为一种先进的电子探针显微分析仪，具有精准的元素分析能力和高分辨率，可用于广泛的科研和应用领域，为用户提供丰富的样品信息和数据。
电子探针epma-PPT精选文档
特征X射线
ＥＰＭＡ可分析对象
金属材料 电子材料 氧化物 钢铁 有色金属 合金
电工电子半导体材料 玻璃 矿物 陶瓷 树脂 纤维 动物 植物
高分子材料
生物样品
三、设备性能指标
设备主要技术参数
１５ｋＶ
×５００００
元素测量范围：5B ~ 92U 束流范围 ：10-6 ~ 10-12A 0.2um 二次电子像分辨率: W灯丝: 60Å ， CeBix灯 丝:50Å 背散射电子像分辨率： W灯丝：200Å 放大倍数:×50 ~ ×400,000
WDX原理
入射电子 分光晶体
样品
検出器
WDX原理
入射电子 分光晶体
样品
检出器
WDX原理
入射电子 分光晶体
试样
检出器
WDX原理
入射电子 分光晶体
样品
检出器
WDX原理
入射电子 分光晶体
检出器
样品
WDX原理
入射电子 分光晶体
检出器
样品
WDX原理
入射电子 分光晶体
检出器
样品
WDX原理
入射电子 分光晶体
O ●
N
● C
B
Ｏ
●
Be
●
●
Ｋ Ｌ Ｍ
EDX
WDX
样品
EDS
FeKα
CrKα
CrKβ MnKα
FeKβ CoKα
NiKα CoKβ
WDX
FeKα
NiKα
NiKβ
FeKβ CoKα CrKβ
CrKα
电子探针仪的实验方法
1) 加速电压的选择 分析过程中加速电压的具体选择，因待分析元素及 其谱线的类别(K系或L系、M系)而异。
EPMA的原理和应用
EPMA的原理和应用1. 介绍电子探针显微分析（EPMA）是一种用于分析化学元素组成和形态的表面分析技术。
它可以通过扫描样品表面发射的X射线来测量样品的元素组成，并且能够提供高分辨率的成分和形貌图像。
EPMA在材料科学、地球科学、生命科学等领域得到广泛应用。
2. 原理电子探针显微分析的基本原理是利用电子束与样品进行相互作用产生的信号进行分析。
主要有以下几个步骤：2.1. 电子束激发和激发过程EPMA使用加速电子束激发样品中的原子并使其跃迁到高能级，从而产生特定的辐射。
这种辐射包括X射线和特征的荧光辐射。
根据横向和纵向扫描电子束，可以获取元素分布和形貌信息。
2.2. X射线的发射和探测样品受到电子束激发后，产生的X射线能量是特定元素的特征能谱。
通过在样品上移动探测器来测量X射线的能量和强度，进而确定元素的存在和相对含量。
2.3. 成分分析通过与标准样品对比，可以利用X射线的能谱进行成分分析。
EPMA的分辨率较高，可以检测到微量元素，并且可以定性和定量地分析样品中的各种元素。
3. 应用EPMA在材料科学、地球科学和生命科学等领域广泛应用。
以下是EPMA常见的应用：3.1. 材料科学EPMA可用于分析材料组成和结构。
它可以对金属、合金、陶瓷等材料进行成分分析和像素级元素分布分析。
EPMA还可用于材料的质量控制和缺陷分析。
3.2. 地球科学EPMA在地球科学领域的应用非常广泛。
它可以用于岩石、矿石和矿物的成分分析、晶体形貌分析、地球化学分析和矿物相变研究等方面。
3.3. 生命科学EPMA被广泛应用于生命科学研究中。
它可以用于细胞、组织或生物材料的化学元素成分分析，从而揭示细胞或生物体内部的化学成分分布和变化。
4. 优点和限制4.1. 优点•高分辨率：EPMA可以提供高分辨率的成分和形貌图像。
•定性和定量分析：EPMA可定性和定量地分析样品中的元素。
•微量元素检测：EPMA能够检测到微量元素的存在。
4.2. 限制•样品制备：EPMA需要对样品进行制备，如剖面制备和磨片制备等。
电子探针epma
电子探针epma
由Moseley定律
λ=K/(Z-σ)2
X射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原 子序数Z有一确定的关系(K为常数，σ为屏蔽系数)。
只要测出特征X射线的波长，就可确定相应元素的原 子序数。 又因为某种元素的特征X射线强度与该元素在样品中的 浓度成比例，所以只要测出这种特征X射线的强度，就 可计算出该元素的相对含量。 这就是利用电子探针仪作 定性、定量分析的理论根据。
电子探针epma
由光源至晶体的距离L(叫做谱仪长度)与聚焦圆的 半径有下列关系：
L=2Rsinθ=Rλ/d 所以，对于给定的分光晶体，L与λ存在着简单的 线性关系。因此，只要读出谱仪上的L值，就可直接得 到λ值。
电子探针epma
在波谱仪中，是用弯晶将X射线分谱的。因此，恰 当地选用弯晶是很重要的。晶体展谱遵循布喇格方程 2dsinθ=λ。显然，对于不同波长的特征X射线就需要 选用与其波长相当的分光晶体。对波长为0.05-10nm 的X射线，需要使用几块晶体展谱。选择晶体的其他条 件是晶体的完整性、波长分辨本领、衍射效率、衍射 峰强度和峰背比都要高，以提高分析的灵敏度和准确 度。
电子探针epma
直进式波谱仪 特点是X射线出射角φ固定不变，弥补了旋转式波
谱仪的缺点。因此，虽然在结构上比较复杂，但它是 目前最常用的一种谱仪。 弯晶在某一方向上作直线运 动并转动，探测器也随着运动。聚焦圆半径不变，圆 心在以光源为中心的圆周上运动，光源、弯晶和接收 狭缝也都始终落在聚焦圆的圆周上。
●O N
U
A t Po Bi Pb Hg Au W
Ce
La Ba
● CB
Ｏ
Be
Ｋ Ｌ Ｍ
电子探针epma
EDX
由Moseley定律
λ=K/(Z-σ)2
X射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原 子序数Z有一确定的关系(K为常数，σ为屏蔽系数)。
只要测出特征X射线的波长，就可确定相应元素的原 子序数。 又因为某种元素的特征X射线强度与该元素在样品中的 浓度成比例，所以只要测出这种特征X射线的强度，就 可计算出该元素的相对含量。 这就是利用电子探针仪作 定性、定量分析的理论根据。
电子探针epma
由光源至晶体的距离L(叫做谱仪长度)与聚焦圆的 半径有下列关系：
L=2Rsinθ=Rλ/d 所以，对于给定的分光晶体，L与λ存在着简单的 线性关系。因此，只要读出谱仪上的L值，就可直接得 到λ值。
电子探针epma
在波谱仪中，是用弯晶将X射线分谱的。因此，恰 当地选用弯晶是很重要的。晶体展谱遵循布喇格方程 2dsinθ=λ。显然，对于不同波长的特征X射线就需要 选用与其波长相当的分光晶体。对波长为0.05-10nm 的X射线，需要使用几块晶体展谱。选择晶体的其他条 件是晶体的完整性、波长分辨本领、衍射效率、衍射 峰强度和峰背比都要高，以提高分析的灵敏度和准确 度。
电子探针epma
直进式波谱仪 特点是X射线出射角φ固定不变，弥补了旋转式波
谱仪的缺点。因此，虽然在结构上比较复杂，但它是 目前最常用的一种谱仪。 弯晶在某一方向上作直线运 动并转动，探测器也随着运动。聚焦圆半径不变，圆 心在以光源为中心的圆周上运动，光源、弯晶和接收 狭缝也都始终落在聚焦圆的圆周上。
●O N
U
A t Po Bi Pb Hg Au W
Ce
La Ba
● CB
Ｏ
Be
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电子探针epma
EDX
电子探针EPMA
6 样品制备（一）
WDS分析样品表面要求：一般来讲，样品必须研 磨到完全能够用来作光学显微镜观察那种程度。表 面凹凸对入射电子在样品内的行径及特征X射线的 产生有着极大的影响，使得分析结果的可靠性降低， 因而将样品表面尽可能平整是很必要的。 对做过表面处理（电镀、渗碳、表面氧化等）样品 的横截面样品边沿部分分析时，必须使用包埋材料， 不论样品大小，如果不能嵌入包埋材料中就进行研 磨、抛光，必然会使表面附近变圆或造成倾斜，致 使分析结果不准确。
6 样品制备（三）
粉末样品及薄膜样品的制备 通常采用的方法有： 1、将粉末样品或薄膜样品粘在导电胶上； 2、将样品混入导电的包埋树脂等材料中，然 后使其硬化而将样品固定等方法 对于粉末样品，如果样品量足够多，每个颗 粒又都一样，而且只想了解其成分的时候， 也可以压制成型机烧结等办法把粉末样品压 在一起，然后和块状样品一样地进行处理。
电子枪
ＨＤ
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ＭＯ ＦＤ 用于观察ＣＲＴ ＥＷＳ ＤＤＳＣ Ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｅｍｏｒｙ Ｃｏｌｏｒ ｐｒｉｎｔｅｒ ＣＣＤ Ｉｍａｇｅ ｍｅｍｏｒｙ ＣＬ 光学 观察系 Ｘ射线检测器 ＳＥＤ 分光（色散）晶体
自动ｖａｌｖｅＯＬ 样 品ｓｔａｇｅ
Ｔｒａｃｋｂａｌｌ
Ｍｏｕｓｅ
备用抽真空 ＤＰ
扫描位置变化（大小从几十微米到几毫米） 晶体角度固定
何时选作
（3）线分析结果（一）
（3）线分析结果（二）
4 电子探针的应用
表面观察
二次电子 背散射电子 透射电子
成分分析
EPMA
状态分析
特征X射线
（一）表面观察
（1）断口形貌 观察 金属断口夹 杂物二次电 子形貌
（2）颗粒大小 的测定
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5. 不损坏样品：样品分析后，可以完好保存或继续进行其它方 面的分析测试，这对于文物、古陶瓷、古硬币及犯罪证据等 稀有样品分析尤为重要。
电子探针EPMA
• 6. 定量分析灵敏度高：相对灵敏度一般为（0.01－0.05） wt%，检测绝对灵敏度约为10-14g，定量分析的相对误差 为(1—3)%。
• 7. 一边观察一边分析：对于显微镜下观察的现象，均可进 行分析。
电子探针EPMA
二次电子及二次电子像
当入射电子与样品相互作用时，入射电子与核外电子发生能量传 递，一般几至几十个电子伏特。如果核外电子所获得的能量大于其临 界电离能，则该电子可脱离原子成为自由电子，如果这些自由电子离 样品表面很近，而且其能量大于相应的逸出能，则可能从样品表面逸 出而成为二次电子。二次电子像是表面形貌衬度，它是利用对样品表 面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种像衬度。因为二 次电子信号主要来处样品表层5－10nm的深度范围，它的强度与原子 序数没有明确的关系，而对微区表面相对于入射电子束的方向却十分 敏感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。
图1 电子与物质交互作用产生的主要信息
电子探针EPMA
1. 二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电 子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。 二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50eV电子统称 为二次电子，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸 出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
电子探针EPMA
3、法国CAMECA公司SXFiveFE
电子探针EPMA
EPMA发展趋势
• 向更自动化、操作更方便、更微区、更微 量、功能更多的方向发展。
• 彩色图像处理和图像分析功能会更完善， 定量分析结果的准确度会提高，特别是对 超轻元素(Z<10)的定量分析方法将会逐步 完善。
电子探针EPMA
电子探针X射线显微分析仪
（X-Ray Electron Probe Microanalyzer，EPMA）
1.1 概述
1.2 EPMA基本原理 1.3 仪器基本结构 1.4 定性定量分析方法
1.5 样品制备 1.6 定量分析的步骤及注意事项
电子探针EPMA
1.1 EPMA 概述
• 电子探针X射线显微分析仪(Electron probe X-ray microanalyser , EPMA )的简称为电子探针。
• 电子探针应用领域：广泛应用于材料科学、矿物学、冶金 学、犯罪学、生物化学、物理学、电子学和考古学等领域。 对任何一种在真空中稳定的固体，均可以用电子探针进行 成份分析和形貌观察。
电子探针EPMA
1.2 电子探针的基本原理
• 1.2.1 电子与物质的相互作用 • 1.2.2 电子探针定性分析原理 • 1.2.3 电子探针定量分析原理
理。 • 1956 年由法国 CAMECA公司制成商品EPMA。 • 1960 年扫描型电子探针商品问世。且改善分光晶体，使元素探测范围由
Mg12扩展至Be4。 • 二十世纪70 年代开始，电子探针和扫描电镜的功能组合为一体，同时应用
计算机控制分析过程和进行数据处理。 • 二十世纪80年代后期，电子探针具有彩色图像处理和图像分析功能，计算
电子探针EPMA
1.2.1 电子与物质的相互作用
一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子与试样 的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发 出反映试样形貌、结构和组成的各种信息，有：二次电子、 背散射电子、阴极发光、特征X射线、俄歇过程和俄歇电子、 吸收电子、透射电子等。
电子探针EPMA
• 电子探针利用0.5μm－1μm的高能电子束激发分析 试样，通过电子束与试样相互作用产生的特征X射 线、二次电子、吸收电子、 背散射电子及阴极荧 光等信息来分析试样的微区内(μm范围内)成份、形 貌和化学结合状态等特征。
电子探针EPMA
1.1.1 电子探针的发展历史及发展趋势
• 1932年在柏林由Knoll和Ruska研制出第一台电子显微镜 • 1939年西门子（Siemens）第一台透射电镜（TEM）商品 • 1949年castaing用TEM改装成一台电子探针样机 • 1951年 6 月，Castaing 在其博士论文中，提出了EPMA定量分析的基本原
机容量扩大，使分析速度和数据处理时间缩短。 • 二十世纪90年代中期，电子探针的结构，特别是波谱和样品台的移动有新
的改进，编码定位，通过鼠标可以准确定波谱和样品台位置。
电子探针EPMA
现有EPMA主要生产厂家和产品： 1、日本岛津公司EBiblioteka MA—1720电子探针EPMA
2、日本电子公司JXA-8200
1.1.2 电子探针仪器的分析特点
• 1.微区性、微量性：几个立方μm范围能将微区化学成分与 显微结构对应起来。而一般化学分析、 X射线荧光分析及 光谱分析等，是分析样品较大范围内的平均化学组成，也 无法与显微结构相对应,不能对材料显微结构与材料性能 关系进行研究。
• 2.方便快捷：制样简单，分析速度快。 • 3.分析方式多样化：可以连续自动进行多种方法分析，如
电子探针EPMA
电子探针EPMA
二次电子像
2. 背散射电子及背散射电子像
背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非 弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量 接近于入射电子能量( E。)。背散射电子能量大于50eV, 小于等于入射电子能量。背射电子的产额随样品的原子 序数增大而增加，所以背散射电子信号的强度与样品的 化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有 关。样品平均原子序数越大，产生的背散射电子数目越 多，图像的亮度越大，反之亦然。背散射电子也反映样 品形貌信息。
进行样品X射线的点、线、面分析等。自动进行数据处理 和数据分析。 • 4.应用范围广：可用于各种固态物质、材料等。
电子探针EPMA
4. 元素分析范围广：一般从铍(Be4)——铀(Ｕ92)。因为H和He 原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进行电 子探针成分分析。锂(Li) 虽然能产生X 射线，但产生的特征 X 射线波长太长，通常无法进行检测，电子探针用大面间距 的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元素。
电子探针EPMA
• 6. 定量分析灵敏度高：相对灵敏度一般为（0.01－0.05） wt%，检测绝对灵敏度约为10-14g，定量分析的相对误差 为(1—3)%。
• 7. 一边观察一边分析：对于显微镜下观察的现象，均可进 行分析。
电子探针EPMA
二次电子及二次电子像
当入射电子与样品相互作用时，入射电子与核外电子发生能量传 递，一般几至几十个电子伏特。如果核外电子所获得的能量大于其临 界电离能，则该电子可脱离原子成为自由电子，如果这些自由电子离 样品表面很近，而且其能量大于相应的逸出能，则可能从样品表面逸 出而成为二次电子。二次电子像是表面形貌衬度，它是利用对样品表 面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种像衬度。因为二 次电子信号主要来处样品表层5－10nm的深度范围，它的强度与原子 序数没有明确的关系，而对微区表面相对于入射电子束的方向却十分 敏感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。
图1 电子与物质交互作用产生的主要信息
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1. 二次电子
入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电 子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。 二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50eV电子统称 为二次电子，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸 出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。
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3、法国CAMECA公司SXFiveFE
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EPMA发展趋势
• 向更自动化、操作更方便、更微区、更微 量、功能更多的方向发展。
• 彩色图像处理和图像分析功能会更完善， 定量分析结果的准确度会提高，特别是对 超轻元素(Z<10)的定量分析方法将会逐步 完善。
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电子探针X射线显微分析仪
（X-Ray Electron Probe Microanalyzer，EPMA）
1.1 概述
1.2 EPMA基本原理 1.3 仪器基本结构 1.4 定性定量分析方法
1.5 样品制备 1.6 定量分析的步骤及注意事项
电子探针EPMA
1.1 EPMA 概述
• 电子探针X射线显微分析仪(Electron probe X-ray microanalyser , EPMA )的简称为电子探针。
• 电子探针应用领域：广泛应用于材料科学、矿物学、冶金 学、犯罪学、生物化学、物理学、电子学和考古学等领域。 对任何一种在真空中稳定的固体，均可以用电子探针进行 成份分析和形貌观察。
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1.2 电子探针的基本原理
• 1.2.1 电子与物质的相互作用 • 1.2.2 电子探针定性分析原理 • 1.2.3 电子探针定量分析原理
理。 • 1956 年由法国 CAMECA公司制成商品EPMA。 • 1960 年扫描型电子探针商品问世。且改善分光晶体，使元素探测范围由
Mg12扩展至Be4。 • 二十世纪70 年代开始，电子探针和扫描电镜的功能组合为一体，同时应用
计算机控制分析过程和进行数据处理。 • 二十世纪80年代后期，电子探针具有彩色图像处理和图像分析功能，计算
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1.2.1 电子与物质的相互作用
一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子与试样 的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发 出反映试样形貌、结构和组成的各种信息，有：二次电子、 背散射电子、阴极发光、特征X射线、俄歇过程和俄歇电子、 吸收电子、透射电子等。
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• 电子探针利用0.5μm－1μm的高能电子束激发分析 试样，通过电子束与试样相互作用产生的特征X射 线、二次电子、吸收电子、 背散射电子及阴极荧 光等信息来分析试样的微区内(μm范围内)成份、形 貌和化学结合状态等特征。
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1.1.1 电子探针的发展历史及发展趋势
• 1932年在柏林由Knoll和Ruska研制出第一台电子显微镜 • 1939年西门子（Siemens）第一台透射电镜（TEM）商品 • 1949年castaing用TEM改装成一台电子探针样机 • 1951年 6 月，Castaing 在其博士论文中，提出了EPMA定量分析的基本原
机容量扩大，使分析速度和数据处理时间缩短。 • 二十世纪90年代中期，电子探针的结构，特别是波谱和样品台的移动有新
的改进，编码定位，通过鼠标可以准确定波谱和样品台位置。
电子探针EPMA
现有EPMA主要生产厂家和产品： 1、日本岛津公司EBiblioteka MA—1720电子探针EPMA
2、日本电子公司JXA-8200
1.1.2 电子探针仪器的分析特点
• 1.微区性、微量性：几个立方μm范围能将微区化学成分与 显微结构对应起来。而一般化学分析、 X射线荧光分析及 光谱分析等，是分析样品较大范围内的平均化学组成，也 无法与显微结构相对应,不能对材料显微结构与材料性能 关系进行研究。
• 2.方便快捷：制样简单，分析速度快。 • 3.分析方式多样化：可以连续自动进行多种方法分析，如
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电子探针EPMA
二次电子像
2. 背散射电子及背散射电子像
背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非 弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量 接近于入射电子能量( E。)。背散射电子能量大于50eV, 小于等于入射电子能量。背射电子的产额随样品的原子 序数增大而增加，所以背散射电子信号的强度与样品的 化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有 关。样品平均原子序数越大，产生的背散射电子数目越 多，图像的亮度越大，反之亦然。背散射电子也反映样 品形貌信息。
进行样品X射线的点、线、面分析等。自动进行数据处理 和数据分析。 • 4.应用范围广：可用于各种固态物质、材料等。
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4. 元素分析范围广：一般从铍(Be4)——铀(Ｕ92)。因为H和He 原子只有K 层电子，不能产生特征X 射线，所以无法进行电 子探针成分分析。锂(Li) 虽然能产生X 射线，但产生的特征 X 射线波长太长，通常无法进行检测，电子探针用大面间距 的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元素。