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b）电磁透镜
电磁透镜分会聚透镜和物镜，靠近电子枪的透镜称会聚透 镜，会聚透镜一般分两级，是把电子枪形成的10μm－ 100μm 的交叉点缩小1－100 倍后，进入试样上方的物镜， 物镜可将电子束再缩小并聚焦到试样上。为了挡掉大散射 角的杂散电子，使入射到试样的电子束直径尽可能小，会 聚透镜和物镜下方都有光阑。
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第五章 电子探针显微分析
➢ 电子探针显微分析的特点 ➢ 电子探针仪器构造和工作
原理 ➢ 电子探针分析方法原理 ➢ 电子探针的试样要求 ➢ 电子探针主要分析技术
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❖ 电子探针X射线显微分析（简称电子探针显微分析） （Electron Probe Microanalysis，简称EPMA）是 一种显微分析和成分分析相结合的微区分析，它 特别适用于分析试样中微小区域的化学成分，因 而是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有 用的分析方法。
1.显微结构分析 2.元素分析范围广 3.定量分析准确度高 4.不损坏试样、分析速度快 5.微区离子迁移研究
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一. 显微结构分析
电子探针是利用0.5－1μm的高能电子束激发所分析的 试样，通过电子与试样的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。 电子探针成分分析的空间分辨率（所能分析的最小区域）是 几个立方μm范围， 微区分析是它的一个重要特点之一, 它 能将微区化学成份与显微结构对应起来，是一种显微结构的 分析。而一般化学分析、 X光荧光分析及光谱分析等，是分 析试样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。
❖ 电子枪是由阴极（灯丝）、栅极和阳极组成。它的主要作用 是产生具有一定能量的细聚焦电子束(探针)。从加热的钨灯 丝发射电子，由栅极聚焦和阳极加速后，形成一个10μm～ 100μm交叉点（Crossover)，再经过二级会聚透镜和物镜 的聚焦作用，在试样表面形成一个小于1μm 的电子探针。 电子束直径和束流随电子枪的加速电压而改变，加速电压可 变范围一般为1～30kV。
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四. 不损坏试样、分析速度快
❖ 现在电子探针均与计算机联机，可连续自动进行 多种方法分析，并自动进行数据处理和分析，对 含10种元素以下的试样定性、定量分析，新型电 子探针在30min左右可以完成，如果用EDS 进行定 性、定量分析，几分钟即可完成。对表面不平的 大试样进行元素面分析时，还可以自动聚焦分析。
❖ 电子探针镜筒部分的结构大体上和扫描电子显微 镜相同，只是在检测器部分使用的是X射线谱仪， 专门用来检测X射线的特征波长或特征能量，以此 来对微区的化学成分进行分析。
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5-1 电子探针显微分析的特点
电子探针的应用范围越来越广，特别是材料显微 结构－工艺－性能关系的研究，电子探针起了重 要作用。电子探针显微分析有以下几个特点：
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三. 定量分析准确度高
电子探针是目前微区元素定量分析最准确的仪器。 电子探针的检测极限(能检测到的元素最低浓度)一般 为（0.01－0.05）%， 不同测量条件和不同元素有不 同的检测极限，但由于所分析的体积小，所以检测的 绝对感量极限值约为10-14g，主元素定量分析的相对 误差为(1—3)%，对原子序数大于11 的元素，含量在 10% 以上时，其相对误差通常小于2%。
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二、X 射线谱仪
常用的X射线谱仪有两种：
❖ 一种是利用特征X射线的波长不同来展谱，实现对 不同波长X射线分别检测的波长色散谱仪，简称波 谱仪（Wavelength Dispersive Spectrometer， 简称WDS）
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二. 元素分析范围广
电子探针所分析的元素范围一般从硼(B)—铀 (Ｕ)，因为电子探针成份分析是利用元素的特征X 射线，而氢和氦原子只有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) 和铍(Be)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，少数电子探针用 大面间距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be 元素。
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5-2 电子探针仪的构造和工作原理
电子探针 仪的构造 和扫描电 镜相似
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一、电子探针的仪器构造
电子探针的主要组成部份为: 1.电子光学系统 2.X射线谱仪系统 3.试样室 4.电子计算机 5.扫描显示系统 6.真空系统等
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1. 电子光学系统
❖ 电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、消像散器和扫描线圈 等。其功能是产生一定能量的电子束、足够大的电子束流、 尽可能小的电子束直径，产生一个稳定的X 射线激发源。 （a）电子枪
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第二篇 表面成分分析方法
1 电子探针显微分析方法 2 X射线光电子能谱分析方法 3 X射线衍射分析方法 4 红外/拉曼光谱分析技术
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常用表面（层）成分分析谱仪用途
分析方法名称 电子探针谱仪 X射线荧光光谱仪 俄歇电子能谱 X射线光电子能谱 离子散射谱 次级离子质谱 红外吸收谱 拉曼散射谱 紫外光电子谱 角分解光电子谱 激光探针（光谱及质谱）
简称 EPMA XRF AES XPS ISS SIMS IR RAMAN UPS ARPES
主要用途 分析表层成分；研究各种元素在表层的分布； 分析表层成分；研究各种元素在表层的分布 分析表面成分；研究各种元素在表面的分布 分析表面成分；研究表面吸附和表面电子结构 分析表面成分；尤其适合研究表面偏析和吸附 分析表面成分；可研究化合物组分及分子结构 分析表面成分；研究表面原子振动 分析表面成分；研究表面原子振动 分析表面成分；更适合于研究价电子状态 分析表面成分；研究表面吸附原子的电子结构 分析表层成分；具有深度分析功能；
❖ 电子探针分析过程中一般不损坏试样，试样分析 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 的稀有试样分析尤为重要。
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五. 微区离子迁移研究
❖ 多年来，还用电子探针的入射电子束注入试样来 诱发离子迁移，研究了固体中微区离子迁移动力 学、离子迁移机理、离子迁移种类、离子迁移的 非均匀性及固体电解质离子迁移损坏过程等，已 经取得了许多新的结果。