【正文】 來的具有確定波長的 X射線用 X射線探測器進行探測．便會產生電脈沖信號，這時的一個脈沖信號對應于 —個被探測化來的 X射線光量子。 圖 X射線顯微分析儀結構示意圖 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? X射線顯微分折儀的基本結構 ? 在電子束的照射下，由樣品產生的 X射線利用 X射線分光譜儀中的分光晶體，只把滿足布喇格定律條件 ? n?＝ 2dsin? (2． 3) ? 那種波長的 X別線從中分出來。為了獲取所需要的電子束，鏡筒內必須保持105Torr左右的真空度。掃描顯微鏡就是運用這些掃描像給出關于樣品的各種信息，而現代的 X射線顯微分析儀也可以看成是在掃描電子顯微鏡的機能之上又加上了 X射線分光譜儀的儀器。圖 (b)即為對照片 (a)上帶箭頭的直線部分進行線分析的結果(箭頭表示分析進行的方向 )，從中可以看出各元素相互之間的分布狀況。 圖 定性分析一例 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 對比于點分析來講，沿著樣品上的某一直線，一面使電子束連續(xù)地移動，一面來進行測量的分析方法，稱為線分析。在進行點分析時，一面使 X射線分光譜儀進行波長掃描，即連續(xù)地改變旨在色散和探測各種 X射線波長的譜儀位置，同時使可知道由被測點所發(fā)射出的 x射線的波長即其含有哪些元素。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 此外 ， 與這種 x射線顯微分析儀在原理上大體相似的儀器 ， 還有 X射線熒光顯微分析儀 。各種元素的特征 x射統(tǒng)都具有各自確定的波長 (莫塞萊定律 )，因此，可以利用探測這些不同波長的 x射線來了解樣品中所含有的元素的種類 (定性分析 )。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 首先，由電子槍發(fā)射出來的電子束，通常以 10一 30kV的加速電壓加速，然后利用電磁透鏡的作用將它聚焦變細，達到樣品表面時，其直徑一殷為 50nm。盡管前面的敘述中把考斯萊特等人發(fā)明的可以獲得掃描圖像的儀器稱為 “ 掃描型 X射線顯微分析儀 ” ，但近年來生產的儀器都具有使電子束掃描的性能，所以有時采用了 “ X射線顯微分析儀 ” 這個名稱。例如自動雜質分選儀和離子顯微分析儀等。 X射線顯微分析儀 ? 在 X射線顯微分析儀發(fā)明初期，所能分析的元素范圍為 11Na—92U，而且還存在著對定量分析中的測量結果如何進行修正等許多問題。 X射線顯微分析儀 ? 這種儀器的設計和制造是法國人卡斯坦 (R． Castaing)在 1919年最先提出的，可是，利用電子束照射樣品表面，探測由此而產生出來的特征 X射線，從而對樣品所含元素進行分析的原理，早在 1913年莫塞萊就提出來了。 ? 雖然，近年來 SEM配上 EDS系統(tǒng)這種配置的儀器使用日益廣泛，但請記?。捎?EMA本身的一些特點，使它在做微區(qū)成分分析上的優(yōu)越性明顯地勝過 SEM。電子探針儀中的探針形成及成像原理是與 SEM相似的，其中包括產生一束聚集得很細的電子束的電子光學柱體，一個掃描系統(tǒng)，一個或幾個電子探測器，和包括一個陰極射線管 (CRT)的顯示系統(tǒng)。 EMA與掃描電鏡 (SEM)有很密切的關系，然而，就當初研制的目的來說卻是完全不同的。第一臺商品 EMA出現在50年代后期，比掃描電鏡子 5年。 X射線顯微分析儀 ? EMA與 SEM不同的是，前者著重微區(qū)成分分析而后者主要用作圖像觀察。 EMA一般配幾道 CDS，并有非常穩(wěn)定的樣品臺和電子光學系統(tǒng)。之后，隨著電子光學和 x射線測量技術等的飛快發(fā)展，在著名 X射線衍射專家紀尼葉(A． Guinier)的指導下，卡斯坦采納了莫塞菜的理論并作了進一步發(fā)展，作出了能實際應用的 x射線顯微分析儀。由于各方面研究工作的進展，使得對 4Be、 5B、 6C、 7N、 8O、 9F等在元素周期表中第二周期的元素也可以探測了。前者是當電子束對樣品進行掃描時，利用由于被測樣品的平均原子序數不同而造成的背散射電子強度上的差異來區(qū)分雜質種類的，并可得出掃描范圍、面積率和雜質密度等信息。同時，考慮到不與商品符號相混等問題，英文縮寫符號仍然采用 EPMA。當然在擴大探測范圍時，電子束的直徑也要相應擴大。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 如果把由被測量的樣品中元素 A所產生的特征X射線強度用 JA表示，而在相同條件下，由含有元素 A的重量濃度為已知的樣品 (標淮樣品 )中測得的元素 A的特征 X射線強度用 J(A)，來表示，則兩者之比 (kA)即表示其相對強度，即 ? kA＝ JA／ J(A) () X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 若再將被測樣品與標準樣品中元素 A的濃度分別用 cA與 c(A)表示時，并且，不考慮特征 X射線在樣品中的吸收及熒光激發(fā)效應等，那么，它們之間的關系可以近似的表示成下式： ? IA/I(A)＝ cA/c(A)＝ kA () ? 上式稱為卡斯坦一級近似公式。 它不是利用電子束而是用 x射線照射樣品表面 ，由于 x射線束直徑至少有幾個毫米而且其穿透能力也遠比電子束強 ， 所以使熒光 X射線顯微分析儀的分析區(qū)域較大 ， 這是它與 x射線顯微分析儀的本質不同之處 。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 圖 分析的一例 。這時要將 X射線分光譜儀確定在某一元素特定波長的位置上，通過線分析可以知道在樣品的這條直線上訪元素的分布狀況。 圖 線分析一例 （ TaSiNi合金） X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? 再一種分析方法是使樣品固定不動，而令電子束以比上述線分析更快的速度像電視光柵那樣對樣品表面的一定區(qū)域 (面積 )進行掃描，同時用探測到的某一種特征 X射線信號來調節(jié)與上述掃描同步的陰極射線管的亮度 (一個 X射線光量子就表現為陰極射線管上的一個亮點，亮點密集即亮度高的部位，該元素濃度也就高 )，便能得到相應于該元素在樣品表面二維濃度分布的一種顯微圖像。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? X射線顯微分折儀的基本結構 ? 關于組成 X射線顯微分析儀的各個系統(tǒng)，這里只簡單地講一下它的基本結構。鏡筒的上部是由陰極 (燈絲 )、柵極 (常稱為威耐耳特圓帽 )和陽極等組成的電子槍。公式中，d為分光晶體的面間距； ?為 X射線的入射角； n為反射線級數； ?為 x射線的波長。 圖 X射線顯微分析儀結構示意圖 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? x射線顯微分析儀的特點 ? X射線顯微分折儀的基本結構 ? 探測到的 x射線所形成的電信號 ，由 X射線測量回路中經過放大及其它處理 ， 使能夠作為 X射線的光量子數 (即 X射線強度 )表示出來 。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? 將被加速而獲得了能量的電子束照射到樣品上，便會引起電子與物質之間的相互作用，從而產生出各種信號，利用這些信號，可以得到關于樣品的各種信息。此外，入射電子將樣品中的電子打出樣品表面，產生出能量極小的所謂二次電子，其中也包括由于俄歇效應而產生的具有特征能量的一種二次電子 —俄歇電子。 圖 X射線顯微分析儀所采用的各種信號 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? 其次，我們再來考察一下入射電子的能量在樣品中將轉化為怎樣的形式。圖 極熒光而得到的樣品圖像。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? 圖 (EMF像 )的一例。在這個過程中，一部分入射電子披散射到樣品之外成了背散射電子，其余的均為樣品所吸收而成為吸收電子。 ?圖 擴散區(qū)域的定性說明。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? (i)X射線的產生 ? 根據電磁學原理，帶電粒子在作加速運動時會產生電磁波．而現在高速運動的電子與物質相接擊，被物質所阻止，即給電子一個與其運動方向相反的加速度，這樣產生出來的電磁波便是連續(xù) X射線。因此，也就發(fā)射出各種波長的 X射線。將式 ()所表示的這個關系稱為道諾 —漢特關系。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 在通常情況下，原子處于基態(tài)，即在原子核周圍， K殼層上配置有 2個電子， L殼層有 8個電子， M殼層有 18個電子 … 。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 因為 K殼層及 L殼層等能級的能量大小是依照各種元素而具有確定值的，所以這時所放出的 X射線的能量 (也就是 X射線的波長 ) 是由元素來決定的，這便是該元素的特征 X射線。一般 K?線的強度約為 K?線強度的 l/5~1/7，不同元素其強度比例會有所不同。而是由構成物質的元素種類 (原子序數 )所決定的。 ? 從中可見 K?1和 K?2兩條線的波長非常相近，實際上，一般不 —定作為兩條線而分開，當分開來的時候，稱為 K二重線，不分開，就簡單的稱做 K?線。這種特征 X射線強度，是與物質中所含該元素的濃度成正比的。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質的吸收 ? 為了明確表示質量吸收系數與 X射線及物質種類的關系，可以寫成 (?/?)FeCo的形式，其中 Cr表示物質 (吸收體 )為 Cr； Fe表明 x射線為 FeK?線。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 圖 。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 如由圖 ，對應著這樣的熒光激發(fā)狀態(tài)， K殼層有一個吸收邊、 L殼層有三個吸收邊，它表明當 X射線的波長比吸收邊波長短時，該殼層便可以被熒光激發(fā)。將這種依據背散射系數 r所得到的關于樣品的信息稱之為原子序數信息或者成分信息。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點與結構 ? 電子與物質的相互作用 ? 電子與物質相互作用 ? x射線的產生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 作為分離這兩種信息成分的觀察方法，是在對稱于入射電子束的方位上裝上一對背散時電子探測器，將左右兩個探測器各自得