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電子探針是中國的一個科技名詞。

漢字是世界上最古老的文字之一[1],已有六千多年的歷史。從倉頡造字的古老傳說到公元前1000多年前甲骨文的發現,漢字有着深厚的歷史底蘊。後來的演變經歷了幾千年的漫長曆程,在形體上逐漸由圖形變為筆畫,象形[2]變為象徵,複雜變為簡單;在造字原則上從表形、表意到形聲。

名詞解釋

電子探針是一種利用電子束作用樣品後產生的特徵X射線進行微區成分分析的儀器, 可以用來分析薄片中礦物微區的化學組成。除H、He、Li、Be等幾個較輕元素外,還有U元素以後的元素以外都可進行定性和定量分析。電子探針的大批量是利用經過加速和聚焦的極窄的電子束為探針,激發試樣中某一微小區域,使其發出特徵X射線,測定該X射線的波長和強度,即可對該微區的元素作定性或定量分析。

電子探針顯微分析原理及其發展的初期是建立在X射線光譜分析和電子顯微鏡這兩種技術基礎上的,該儀器實質上就是這兩種儀器的科學組合。電子探針是運用電子所形成的探測針(細電子束)作為X射線的激發源來進行顯微X射線光譜分析的儀器。分析對象是固體物質表面細小顆粒或微小區域,最小範圍直徑為1μm。電子探針可測量的化學成分的元素範圍一般從原子序數12(Mg)至92(U),原子序數大於22的元素可在空氣通路的X射線光譜儀上進行測量。電子探針的靈敏度低於X射線熒光光譜儀,原因是電子探針X射線的本底值高於後者,但電子探針的絕對感量比其他儀器都高。此外,後期生產的儀器,可作X射線背散射照相、透視照相。能兼作透射電鏡、能進行電子衍射、能作電子熒光觀察等。

第一台電子探針是法國製成的,是在1949年用電子顯微鏡和X射線光譜儀組合而成。

1953年前蘇聯製成了X射線微區分析儀,以後英、美等國陸續生產。

第一台掃描電子探針儀是美國於1960年製成,不僅能對試樣作點或微區分析,而且能對樣品表面微區進行掃描。

原子序數12至22的元素要在真空下進行成分測定,原子序數12以內的元素需要增添一些特殊設備才能分析。原子序數50以上的元素用L系X射線光譜進行分析,原子序數50以下的元素也可以分析,如Sn(50)可用K系x射線光譜進行分析。

簡單原理

(1)電子光學系統。電子束直徑0.1~1μm,電子束穿透深度1~3μm。

被激發原子發射特徵X射線譜過程如下:圍繞原子核運動的內層電子,被電子束的電子轟擊後,其他外層電子為補充轟擊出的電子而發生躍遷,在躍遷過程中釋放出能量,即發射出X射線。

(2)X射線譜儀。測量各種元素產生的X射線波長和強度,並以此對微小體積中所含元素進行定性和定量分析。

特徵X射線圖像顯像管的原理是:X射線束入射到一已知晶面間距的晶體上(X射線分光光度計的彎曲晶體上),經衍射後各種波長的X射線按不同的布拉格角彼此分開,因此如轉動晶體,改變衍射角,同時以兩倍於晶體的轉速轉動計數器,就可以依次測量出各種元素所產生的X射線波長和強度,達到定性和定量分析的目的。

(3)X射線強度測量系統。特徵X射線,由B系統中的計數管接收,並轉換成電脈衝,通過脈衝高度分析儀、計數率計、定標器、電子電位計將其強度測量出來。

(4)光學顯微鏡目測系統。用以準確選擇需要分析的區域,並作光學觀察。

(5)背散射電子圖像系統。

(6)吸收電子圖像系統。

(7)特徵X射線圖像系統。電子探針的技術核心是利用X射線晶體光學,主要應用兩種方法:

1)晶體衍射法(X射線光譜法)。利用晶體轉到一定角度,來衍射某種波長的X射線,通過讀出晶體不同的衍射角,求出X射線的波長,從而定出樣品所含的元素。

2)X射線能譜分析法。無須分析晶體,而直接將探測器接收的訊號加以放大,進行脈衝幅度分析,通過選擇不同的脈衝幅度來確定入射x射線的能量,從而區分不同的特徵X射線。計算時應用布拉格方程:nλ=2dsinθ。

產品優點

1、能進行微區分析。可分析數個μm3內元素的成分。

2、能進行現場分析。無需把分析對象從樣品中取出,可直接對大塊試樣中的微小區域進行分析。把電子顯微鏡和電子探針結合,可把在顯微鏡下觀察到的顯微組織和元素成分聯繫起來。

3、分析範圍廣。Z>4其中,波譜:Be~U,能譜:Na~U。

功能特色

電子探針可以對試樣中微小區域(微米級)的化學組成進行定性或定量分析。可以進行點、線掃描(得到層成分分布信息)、面掃描分析(得到成分面分布圖像)。還能全自動進行批量(預置9999測試點)定量分析。由於電子探針技術具有操作迅速簡便(相對複雜的化學分析方法而言)、實驗結果的解釋直截了當、分析過程不損壞樣品、測量準確度較高等優點,故在冶金、地質、電子材料、生物、醫學、考古以及其它領域中得到日益廣泛地應用,是礦物測試分析和樣品成分分析的重要工具。

參考文獻