扫描电镜微区成分分析技术精选课件.ppt
《扫描电镜微区成分分析技术精选课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《扫描电镜微区成分分析技术精选课件.ppt(36页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于扫描电镜微区成分分析技术1第一页,本课件共有36页2微区成分分析是指在物质的微小区域中进行元素鉴定和组成微区成分分析是指在物质的微小区域中进行元素鉴定和组成分析分析,被分析的体积通常小于被分析的体积通常小于1 1mm3 3,相应被分析物质的质量相应被分析物质的质量为为1010-12-12 g g数量级。数量级。如果应用从物质中所激发出的特征如果应用从物质中所激发出的特征X X射线来进行材料的元素分析,射线来进行材料的元素分析,则这种分析称为则这种分析称为X X射线分析技术。该技术可分为射线分析技术。该技术可分为X X射线波谱分射线波谱分析法析法(WDS,X(WDS,X射线能谱分析射线能谱分
2、析(EDS)(EDS)和和X X射线荧光分析法射线荧光分析法(XFS)(XFS)三三种,其中种,其中WDSWDS和和EDSEDS适宜进行微区的元素分析,因此这两种分析适宜进行微区的元素分析,因此这两种分析方法又称为方法又称为X X射线显微分析技术。射线显微分析技术。从电子光学仪器的发展历史来看,最早作为元素分析的专用仪器从电子光学仪器的发展历史来看,最早作为元素分析的专用仪器称为电子探针称为电子探针(EPMA)(EPMA),它以波谱分析法为基础,它以波谱分析法为基础;其后随着扫镜电镜其后随着扫镜电镜的发展,为了适应其工作的特点,又以能谱分析法作为的发展,为了适应其工作的特点,又以能谱分析法作为
3、X X射线元射线元素分析的基础。素分析的基础。在扫描电镜的各种成分分析技术中,在扫描电镜的各种成分分析技术中,X X射线元素分析法的分析射线元素分析法的分析精度最高精度最高(原子序数大于原子序数大于1111的元素分析误差约的元素分析误差约1%1%左右左右),因此,因此这种成分分析技术应用最广。这种成分分析技术应用最广。第二页,本课件共有36页3电子探针的工作原理 莫塞莱(Mosely)定律 高能电子束入射样品表面激发产生的特征X射线具有特征波长和特征能量,其波长的大小、能量的高低遵循莫塞莱定律,即:v1/2=R(Z-)(1)=C/v (2)=hv (3)式中,v为X射线的频率;Z为原子序数;R
4、、为常数,且约等于1;C为X射线的速度;h为普朗克常数;为特征X射线的波长;为特征X射线的能量。第三页,本课件共有36页4 电子探针X射线显微分析仪简称电子探针(EPMA-Electron probe micro-analyzer,检测的信号是特征X射线 由莫塞莱定律可见,特征X射线的波长、能量取决于元素的原子序数,只要知道样品中激发出的特征X射线的波长(或能量),就可以确定试样中的待测元素,元素含量越多,激发出的特征X射线强度越大,故测量其强度就可确定相应元素的含量。电子探针就是依据这个原理对样品进行微区成分分析的。第四页,本课件共有36页5 电子探针的结构其镜筒部分与扫描电镜相同,即由电子
5、光学系统和样品室组成。所不同的是电子探针有一套检测特征X射线的系统-X射线谱仪。若配有检测特征X射线特征波长的谱仪称为电子探针波谱仪(WDS-Wavelength Dispersive Spectrometer)。若配有检测特征X射线特征能量的谱仪称为电子探针能谱仪(EDS-Energy Disperse Spectroscopy)。除专门的电子探针外,大部分电子探针谱仪都是作为附件安装在扫描电镜或透射电镜上,与电镜组成一个多功能仪器,以满足微区形貌、晶体结构及化学组成的同位同时分析的需要。第五页,本课件共有36页6布拉格衍射定律 假如有一块晶体,已知其平行于晶体表面的晶面间距为d,对于不同波
6、长的X射线只有在满足一定的入射条件(入射角)下,才能发生强烈衍射,即:2dsin=n (n=1,2,3)若忽略n1的高级衍射的干扰,对于任意一个特定的入射角,只有一个确定的波长满足衍射条件。若连续地改变角,则可以在与入射方向成2角的相应方向上接收到各种单一波长的X射线信号,从而展示适当波长范围内的全部X射线谱,这就是波谱仪波长分散的基本原理。第六页,本课件共有36页7X X射线波谱分析射线波谱分析一、波谱仪的基本原理和分析特点一、波谱仪的基本原理和分析特点 1.1.原理原理 X X射线波谱分析法的基本原理依据的是莫塞莱定律,只要鉴射线波谱分析法的基本原理依据的是莫塞莱定律,只要鉴定出样品被激发
7、出的特征定出样品被激发出的特征X X射线的波长射线的波长,就可以确定被激发的,就可以确定被激发的物质中所含有的元素。物质中所含有的元素。为了确定从试样上所激发出的特征为了确定从试样上所激发出的特征X X射线谱的波长,通射线谱的波长,通常在靠近样品的地方放一个晶体检测器,其中装有晶面间距常在靠近样品的地方放一个晶体检测器,其中装有晶面间距d d为已知的晶体作为分析晶体。当电子束打在样品上,激发为已知的晶体作为分析晶体。当电子束打在样品上,激发出来的各种特征出来的各种特征x x射线的波长以一定角度射线的波长以一定角度照射到分析品体照射到分析品体时,只有满足布拉格定律时,只有满足布拉格定律=2dsi
8、n=2dsin,波长,波长的特征的特征X X射线射线才会发生衍射。式中才会发生衍射。式中d d已知,并且是固定不变的。因此,可已知,并且是固定不变的。因此,可以通过测量角以通过测量角求出特征求出特征X X射线的波长射线的波长 。从而确定出试样。从而确定出试样所含的元素。所含的元素。只要连续改变只要连续改变角角.就可以在与入射方向交叉成就可以在与入射方向交叉成22角的角的相应方向上接收到各种单一波长的相应方向上接收到各种单一波长的X X射线信号。从而展示适射线信号。从而展示适当波长以内的全部当波长以内的全部x x射线波谱。射线波谱。由于一种晶体的晶面间距由于一种晶体的晶面间距d d是一个固定值,
9、它只能对一是一个固定值,它只能对一定波长范围的定波长范围的x x射线起作用,为了分析更大范围内的射线起作用,为了分析更大范围内的X X射线,射线,往往在检测器上装有几个不同往往在检测器上装有几个不同d d值的晶体。值的晶体。第七页,本课件共有36页8 2.2.分析特点分析特点 X X射线波谱分析法的特点是适于做成分的定量射线波谱分析法的特点是适于做成分的定量分析和元素分布浓度扫描,但要求被分析试样表分析和元素分布浓度扫描,但要求被分析试样表面光滑。分析元素范围从面光滑。分析元素范围从BeBe到到U U,分析区域尺寸可,分析区域尺寸可以少到以少到1 1mm的块状试样,重量浓度分析灵敏度大约是的块
10、状试样,重量浓度分析灵敏度大约是0.01%-0.001%0.01%-0.001%,定量分析的精度为士(,定量分析的精度为士(2-52-5)%,在某种,在某种情况下可优于情况下可优于1%1%。但是,采用但是,采用 X X射线波谱分析法分析时电子束流大,射线波谱分析法分析时电子束流大,会对样品造成较大的污染和损伤;分析速度慢,占据会对样品造成较大的污染和损伤;分析速度慢,占据空间大;不能同时进行全元素分析。空间大;不能同时进行全元素分析。第八页,本课件共有36页9第九页,本课件共有36页10第十页,本课件共有36页11第十一页,本课件共有36页12 在波谱仪中,X射线信号是由样品表面以下很小的体积
11、(大约1m)范围内激发出来的,这相当于一个点光源,由此发射出的X射线总是发散的。假如把一块平整的晶体放在样品上方的某一位置,用其进行分光,能够到达晶体表面的X射线只有很小的一部分,并且入射到晶体表面不同部位的X射线的入射方向各不相同(角不等),发生衍射的X射线的波长也就各异。所以,分光用平面晶体对不同波长的特征X射线可以分光展开,但是就收集单一波长的X射线的效率来说是非常低的。第十二页,本课件共有36页13 为了提高分光效率,要求分光晶体不仅能分光,而且还能使衍射的X射线聚焦,为此,常采用弯曲分光系统,即把分光晶体作适当的弹性弯曲,并使射线源、弯曲晶体表面和检测管口位于同一个圆周上(称罗兰圆或
12、聚焦圆),就可以使分光晶体处处满足同样的衍射条件,整个晶体只收集一种波长的X射线,达到衍射束聚焦的目的,提高单一波长的X射线的收集效率。第十三页,本课件共有36页14 旋转式波谱仪旋转式波谱仪 旋转式波谱仪虽然结构简单,但有三个缺点:旋转式波谱仪虽然结构简单,但有三个缺点:a)a)其出射角其出射角 是变化的,若是变化的,若2 2 1 1,则出射角为则出射角为2 2的的x x射线穿透路程比较长,其射线穿透路程比较长,其强度就低,计算时须增加修正系数,比较麻强度就低,计算时须增加修正系数,比较麻烦;烦;b)Xb)X射线出射线出射窗口要设计得很大;射线出射线出射窗口要设计得很大;c)c)出射角出射角
13、越小,越小,X X射线接受效率越低。射线接受效率越低。第十四页,本课件共有36页15 直进式波谱仪直进式波谱仪 特点是特点是X X射线出射角射线出射角固定不变,弥补固定不变,弥补了旋转式波谱仪的缺点。因此,虽然在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上运动,光源、弯晶和接收狭缝也都始终落在聚焦圆的
14、圆周上。终落在聚焦圆的圆周上。第十五页,本课件共有36页16 由光源至晶体的距离由光源至晶体的距离L(L(叫做谱仪长度叫做谱仪长度)与聚焦圆的半径有下列关系:与聚焦圆的半径有下列关系:L=2Rsin=R/dL=2Rsin=R/d 所以,对于给定的分光晶体,所以,对于给定的分光晶体,L L与与存在着简单的线性关系。因此,只要读存在着简单的线性关系。因此,只要读出谱仪上的出谱仪上的L L值,就可直接得到值,就可直接得到值。值。第十六页,本课件共有36页17二、检测中常见的问题二、检测中常见的问题 1.1.试样的制备试样的制备 X X射线波谱分析所用的试样都是块状的,要求被射线波谱分析所用的试样都是
15、块状的,要求被分析表面尽可能平整,而且能够导电,任何试样表面分析表面尽可能平整,而且能够导电,任何试样表面的凹凸不平,都会造成对的凹凸不平,都会造成对X X射线有规则的吸收,影射线有规则的吸收,影响响X X射线的测量强度。此外,样品表面的油污、锈蚀射线的测量强度。此外,样品表面的油污、锈蚀和氧化会增加对出射和氧化会增加对出射X X射线的吸收作用射线的吸收作用;金相腐蚀也金相腐蚀也会造成假象或有选择地去掉一部分元素,影响定会造成假象或有选择地去掉一部分元素,影响定量分析的结果。因此,应重视所制备样品表面的量分析的结果。因此,应重视所制备样品表面的原始状态,以免得出错误的分析结果。原始状态,以免得
16、出错误的分析结果。第十七页,本课件共有36页18 根据上述要求,正确的制样方法如下根据上述要求,正确的制样方法如下:为了把试样为了把试样表面磨平,可以用细金刚砂代替氧化铝粉作抛光剂,表面磨平,可以用细金刚砂代替氧化铝粉作抛光剂,这样可以得到更平的表面。试样表面经抛光后应充这样可以得到更平的表面。试样表面经抛光后应充分清洗,不使抛光剂留在表面,最好用超声波清洗。分清洗,不使抛光剂留在表面,最好用超声波清洗。如果试样表面要经过金相腐蚀后才能确定被分析部如果试样表面要经过金相腐蚀后才能确定被分析部位,则可以采用浅腐蚀以确定分析位置,再在其周位,则可以采用浅腐蚀以确定分析位置,再在其周围打上显微硬度作
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 扫描电镜 成分 分析 技术 精选 课件
限制150内