EDS能譜介紹

能譜EDS是什么？

EDS, Energy dispersive X-Ray Spectroscopy ,能量色散X射線光譜儀.

EDS的原理？

X射線管產(chǎn)生的X射線輻射在物體表面，使得待測(cè)樣品的內(nèi)層電子被逐出，產(chǎn)生空穴，整個(gè)原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)。而外層電子自發(fā)的以輻射躍遷的方式回到內(nèi)層填補(bǔ)空穴，產(chǎn)生X特征射線，其能量與入射能量無(wú)關(guān)，是兩能級(jí)之間的能量差。

當(dāng)特征X射線光子進(jìn)入硅滲鋰探測(cè)器后便將硅原子電離，產(chǎn)生若干電子-空穴對(duì)，其數(shù)量與光子的能量成正比，利用偏壓收集這些空穴電子對(duì)，經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)換器以后變成電壓脈沖供給多脈沖高度分析器，并計(jì)數(shù)能譜中每個(gè)能帶的脈沖數(shù)。

EDS譜峰有很多峰位對(duì)應(yīng)一個(gè)元素，是不是說(shuō)明這個(gè)元素的含量很高？

從EDS的原理可以知道，EDS是一個(gè)電子殼層的電子被激發(fā)，留下空位，然后外層電子躍遷到這個(gè)空位，同時(shí)就會(huì)放出X特征射線，這樣不同層的電子躍遷就會(huì)有不同的譜線，EDS譜線就是把折現(xiàn)特征X射線脈沖的累積分開(kāi)得到的。這樣就能理解譜線越多，說(shuō)明外面的電子占有殼層越多，而定量分析是根據(jù)不同元素來(lái)選擇不同線系的譜峰強(qiáng)度以及這個(gè)元素的響應(yīng)值來(lái)做計(jì)算的，所以譜峰多跟含量高低沒(méi)有關(guān)系。

X射線能譜儀的結(jié)構(gòu)?

X射線能譜儀主要由探測(cè)頭、放大器、多道脈沖高度分析器、信號(hào)處理和顯示系統(tǒng)組成。

a)探測(cè)頭：把X射線光子信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，脈沖高度與X射線光子的能量成正比；

b)放大器：放大電脈沖信號(hào)；

c)多道脈沖高度分析器：把脈沖按高度不同編入不同頻道，即將不同的特征X射線按照能量不同進(jìn)行區(qū)分；

d)信號(hào)處理和顯示系統(tǒng)：鑒別譜、定性定量計(jì)算以及記錄分析結(jié)果。

EDS能譜儀的功能?

點(diǎn)分析

電子束固定在試樣表面的某一點(diǎn)上，進(jìn)行定性或者定量分析。

該方法準(zhǔn)確度高，用于顯微結(jié)構(gòu)的成分分析，對(duì)于低含量元素定量的試樣，只能用點(diǎn)分析。

測(cè)試注意事項(xiàng)：

a)一般選擇較大的塊體在5000倍以下檢測(cè),塊體太小或者倍數(shù)過(guò)大，都會(huì)造成背景嚴(yán)重，測(cè)量準(zhǔn)確度下降；

b)選擇樣品比較平整的區(qū)域檢測(cè)，若電子打在坑坑洼洼的樣品表面，X射線出射深度差別較大，定量信息不夠準(zhǔn)確；

c)電子束與輕元素相互作用區(qū)域較大，干擾更強(qiáng)，定量結(jié)果可能偏差較大。

圖7 X射線能譜儀點(diǎn)分析實(shí)例

點(diǎn)掃描的分析區(qū)域?yàn)閳D中的一個(gè)點(diǎn)（A點(diǎn)），其測(cè)試報(bào)告由三部分組成，包含一張樣品表面形貌照片、一張?jiān)刈V圖照片及一張?jiān)叵鄬?duì)含量檢測(cè)結(jié)果，如圖7-8所示。其中譜圖的橫坐標(biāo)（單位：KeV）代表X射線能量，縱坐標(biāo)（單位cps/eV,為counts per second/e volt的縮寫(xiě)）代表信號(hào)強(qiáng)度。值得注意的是，峰高度與元素含量并非直接正相關(guān)，元素含量由檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度與存儲(chǔ)在軟件中的標(biāo)準(zhǔn)值比較，經(jīng)過(guò)ZAF校正后得到。

圖8 X射線能譜儀點(diǎn)分析檢測(cè)結(jié)果

點(diǎn)分析的元素相對(duì)含量檢測(cè)結(jié)果如圖9所示，包含以下幾項(xiàng)：

a) EL：元素種類；

b) AN：原子量；

c) Series:用于定量的特征X射線；

d) unn.C[wt.%]:表示實(shí)測(cè)的元素質(zhì)量百分含量，由于樣品元素種類、質(zhì)地等原因，該檢測(cè)值總和往往不是1；

e) norm.C[wt.%]:表示歸一化元素質(zhì)量百分含量，各種元素實(shí)測(cè)百分含量的總和往往不是1，因此在比較過(guò)程中出現(xiàn)很多問(wèn)題，因此軟件根據(jù)設(shè)定方法，將各元素總量歸為1；

f) Atom.C[wt.%]:表示歸一化原子百分含量，用于計(jì)算原子比；

g) Error[wt.%]:表示質(zhì)量百分含量誤差，當(dāng)某元素含量非常少，接近或者低于儀器檢出限時(shí)，是否存在該元素很難確定，一般認(rèn)為誤差值來(lái)輔助判斷，當(dāng)誤差值大于歸一化元素百分含量時(shí)，認(rèn)為該元素可能不存在。

線分析

電子束沿樣品表面的一條分析線進(jìn)行掃描，采集每個(gè)位點(diǎn)元素的特征X射線，可獲得元素含量變化的線分布曲線，結(jié)果和試樣形貌像對(duì)照分析，能直觀地獲得元素在不同相或區(qū)域內(nèi)的分布，曲線高的地方，表明該元素含量高。線掃描報(bào)告由三部分組成：樣品形貌照片、元素譜圖及線掃描結(jié)果圖，此種掃描方式不能定量分析。

對(duì)所制備的MnO@N-GSC/GR復(fù)合材料進(jìn)行了EDS線掃描分析，如圖9所示。該測(cè)試結(jié)果中出現(xiàn)了Mn、C、N和O四種元素，表明該復(fù)合材料主要由這四種元素組成，根據(jù)各主要元素的含量分布狀況，進(jìn)一步說(shuō)明按照實(shí)驗(yàn)路線，成功的合成了以MnO為核心的核鞘納米材料，以及存在氮摻雜的石墨烯鞘層。

面分析

電子束在樣品表面的某一區(qū)域掃描時(shí)，能譜儀固定接收某一元素的特征X射線，每采集一個(gè)特定X射線光子，在熒屏上的對(duì)應(yīng)位置打一個(gè)亮點(diǎn)，亮點(diǎn)集中的部位就是該元素濃度高的部位。如果樣品由多種元素組成，可以得到每個(gè)元素的面分布圖。研究材料中雜質(zhì)、相的分布和元素偏析常用此方法。面分布報(bào)告由四部分組成：樣品表面形貌照片、元素譜圖、各種元素面掃描綜合圖以及每一種元素面掃描圖。

對(duì)合成的α-MnS@GSC/GF納米材料進(jìn)行EDS面掃描分析。從圖10中可以看出，Mn和S元素均沿著納米線方向均勻分布，證實(shí)了α-Mn的一維結(jié)構(gòu)；此外，C元素沿納米線的分布較其他區(qū)域更為集中，說(shuō)明GSC的存在；N的分布與C非常相似，這表明N原子被摻雜到GSC和石墨烯薄片中。

綜上，三種分析方法用途不同，檢測(cè)的靈敏度也不同。其中，定點(diǎn)分析靈敏度最高，面掃描分析靈敏度最低，但觀察元素分布最為直觀。實(shí)際操作中需要根據(jù)試樣的特點(diǎn)及分析目的合理的選擇分析方法。

EDS定量分析方法及原理？

定量：

有標(biāo)樣定量分析，在相同條件下，同時(shí)測(cè)量標(biāo)樣和試樣中元素的X射線強(qiáng)度，通過(guò)強(qiáng)度比，再經(jīng)過(guò)修正后可求出各元素的百分含量。有標(biāo)樣的準(zhǔn)確度高。

半定量：

標(biāo)準(zhǔn)樣X(jué)射線的強(qiáng)度是通過(guò)理論計(jì)算或者數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定量計(jì)算得出。

K=I測(cè)/Isd

EDS分析的最低含量是0.X%（注：X是因元素不同而有所變化的），對(duì)平坦，無(wú)水，致密和導(dǎo)電良好的試樣，定量分析總量誤差＜±3%。

EDS的特點(diǎn)？

快速測(cè)定，幾分鐘可以同時(shí)對(duì)微區(qū)中Be~U的所有元素定性，定量分析；

對(duì)樣品損傷??；

檢測(cè)線一般為0.1%~0.5%。

EDS樣品制備?

不同樣品用于X射線能譜儀分析時(shí)，具有不同的制樣方法，具體如下：

a)塊狀樣品：金屬、礦物或者塑料，可以將其切成合適的尺寸，并且將切面切成或者磨成相當(dāng)光滑的表面；

b)壓實(shí)的粉末樣品：通過(guò)研磨，將樣品制成球形粉末，并將材料與助溶劑四硼酸力或四硼酸鈉先在高溫下熔融，然后鑄入圓盤中壓制；

c)松散的粉末樣品：一般情況下，將粉末倒入容器，以獲得均勻平整的表面；

d)液體樣品：將液體倒入一個(gè)小容器，并用Mylar薄膜蓋住容器，并將其倒置，從底部進(jìn)行分析；

e)過(guò)濾紙?jiān)嚇樱阂话阌糜谘芯繗怏w污染或者液體中濃縮元素的分析中，其中選擇過(guò)濾材料時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：第一，不含有對(duì)分析元素有干擾的元素；第二，每單位面積內(nèi)的被測(cè)物應(yīng)該要少，目的是為了減少測(cè)量譜中的散射背景；

f)其他樣品：幾乎任何尺寸、形狀和物理性能的樣品都可以進(jìn)行分析。

審核編輯 黃昊宇