在眾多樣品化學(xué)成分分析的儀器中，電子探針?lè)治黾夹g(shù)(EPMA)是一種應(yīng)用較早、且至今仍具有獨(dú)特魅力的多元素分析技術(shù)。二戰(zhàn)以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的迅猛發(fā)展極大的促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子探針技術(shù)(EPMA)也進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，因此在很多的領(lǐng)域都有電子探針的應(yīng)用，例如：地質(zhì)學(xué)、寶玉石鑒定、刑偵等。主要介紹了電子探針的發(fā)展歷史，以及其在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

電子探針的發(fā)展歷史

電子探針(EPMA)，全名是電子探針x射線顯微分析儀，又名微區(qū)X射線譜分析儀，可對(duì)試樣進(jìn)行微小區(qū)域成分分析。1913年，Moseley發(fā)現(xiàn)了特征X射線頻率域發(fā)射X射線的原子的原子序數(shù)平方之問(wèn)存在線性關(guān)系，這就是的莫塞萊定律；同年，Bragg父子又創(chuàng)立了的布拉格定律。莫塞萊定律與布拉格定律奠定了x射線分光化學(xué)分析德?tīng)柣A(chǔ)。

1949年，在diyi屆歐洲電子顯微學(xué)會(huì)議上，“電子探針之父”Castaing描述了他的電子探針X射線顯微分析儀。1956年，Coss-lett和Duncumb在劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和制造了diyi臺(tái)掃描電子探針，從而實(shí)現(xiàn)了在電子探針儀器中能使電子束在樣品表面進(jìn)行二維面掃描。

此后，許多人致力于完善和發(fā)展由Castaing首先提出的將X射線強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換為元素質(zhì)量濃度的定量處理方法。今天，樣品中主要組分的電子探針定量分析的準(zhǔn)確度能達(dá)到相對(duì)誤差在12%以內(nèi)。隨著電子光學(xué)、微電子學(xué)、x射線能譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子探針儀器不斷更新?lián)Q代，性能不斷改善，朝著小型化、多功能化和自動(dòng)化的方向不斷進(jìn)步。

電子探針的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電子探針X射線顯微分析儀(簡(jiǎn)稱電子探針)利用約1Pm的細(xì)焦電子束，在樣品表層微區(qū)內(nèi)激發(fā)元素的特征X射線，根據(jù)特征X射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，進(jìn)行微區(qū)化學(xué)成分定性或定量分析。電子探針的光學(xué)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等部分與掃描電鏡基本相同，通常也配有二次電子和背散射電子信號(hào)檢測(cè)器，同時(shí)兼有組織形貌和微區(qū)成分分析兩方面的功能。電子探針的構(gòu)成除了與掃描電鏡結(jié)構(gòu)相似的主機(jī)系統(tǒng)以外，還主要包括分光系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)等部分。

電子探針主要由電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒)，X射線譜儀和信息記錄顯示系統(tǒng)組成。電子探針和掃描電鏡在電子光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造基本相同，它們常常組合成單一的儀器。

電子探針?lè)治龇椒?/span>

利用電子探針?lè)治龇椒?/strong>可以探知材料樣品的化學(xué)組成以及各元素的重量百分?jǐn)?shù)。分析前要根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康闹苽錁悠?，樣品表面要清潔。用波譜儀分析樣品時(shí)要求樣品平整，否則會(huì)降低測(cè)得的X射線強(qiáng)度。

定性分析

1、點(diǎn)分析

用于測(cè)定樣品上某個(gè)指定點(diǎn)的化學(xué)成分。能譜儀中的多道分析器可使樣品中所有元素的特征X射線信號(hào)同時(shí)檢測(cè)和顯示。不像波譜儀那樣要做全部譜掃描，甚至還要更換分光晶體。

2、線分析

用于測(cè)定某種元素沿給定直線分布的情況。方法是將X射線譜儀(波譜儀或能譜儀)固定在所要測(cè)量的某元素特征X射線信號(hào)(波長(zhǎng)或能量)的位置上，把電子束沿著指定的方向做直線軌跡掃描，便可得到該元素沿直線特征X射線強(qiáng)度的變化，從而反映了該元素沿直線的濃度分布情況。改變譜儀的位置，便可得到另一元素的X射線強(qiáng)度分布。

方法是：將X射線譜儀固定在所要測(cè)量的某元素特征X射線信號(hào)的位置上，電子束在樣品表面做光柵掃描，此時(shí)在熒光屏上便可看到該元素的面分布圖像。顯像管的亮度由試樣給出的X射線強(qiáng)度調(diào)制。圖像中的亮區(qū)表示這種元素的含量較高。

定量分析

定量分析時(shí)，先測(cè)得試樣中Y元素的特征X射線強(qiáng)度IY，再在同一條件下測(cè)出已知純?cè)豗的標(biāo)準(zhǔn)試樣特征X射線強(qiáng)度IO。然后兩者分別扣除背底和計(jì)數(shù)器死時(shí)間對(duì)所測(cè)值的影響，得到相應(yīng)的強(qiáng)度值IY和IO，兩者相除得到X射線強(qiáng)度之比KY= IY / IO。 直接將測(cè)得的強(qiáng)度比KY當(dāng)作試樣中元素Y的重量濃度，其結(jié)果還有很大誤差，通常還需進(jìn)行三種效應(yīng)的修正。即原子序數(shù)效應(yīng)的修正，吸收效應(yīng)修正，熒光效應(yīng)修正。經(jīng)過(guò)修正，誤差可控制在±2%以內(nèi)。

電子探針應(yīng)用領(lǐng)域

電子探針的Z早應(yīng)用領(lǐng)域是金屬學(xué)。對(duì)合金中各組成相、夾雜物等可作定性和定量分析，直觀而方便，還能較準(zhǔn)確地測(cè)定元素的擴(kuò)散和偏析情況。此外，它還可用于研究金屬材料的氧化和腐蝕問(wèn)題，測(cè)定薄膜、滲層或鍍層的厚度和成分等，是機(jī)械構(gòu)件失效分析、生產(chǎn)工藝的選擇、特殊用材的剖析等的重要手段。

電子探針的主要用途

電子探針又稱微區(qū)X射線光譜分析儀、X射線顯微分析儀。其原理是利用聚焦的高能電子束轟擊固體表面，使被轟擊的元素激發(fā)出特征X射線，按其波長(zhǎng)及強(qiáng)度對(duì)固體表面微區(qū)進(jìn)行定性及定量化學(xué)分析。主要用來(lái)分析固體物質(zhì)表面的細(xì)小顆?；蛭⑿^(qū)域，Z小范圍直徑為1μm左右。分析元素從原子序數(shù)3(鋰)至92(鈾)。感量可達(dá)10-14至10-15g。近年形成了掃描電鏡-顯微分析儀的聯(lián)合裝置，可在觀察微區(qū)形貌的同時(shí)逐點(diǎn)分析試樣的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金材料、水泥熟料研究等部門。

電子探針的具體應(yīng)用

由于電子探針需要在真空環(huán)境下對(duì)樣品進(jìn)行微區(qū)化學(xué)成分定性和定量分析，且分析靈敏度很高，所以電子探針在科學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域運(yùn)用很廣。下面簡(jiǎn)要介紹一下電子探針在地學(xué)、材料學(xué)中的應(yīng)用。

1、電子探針測(cè)定地質(zhì)體的年齡

前電子探針測(cè)試技術(shù)，只有用U，Th，Pb對(duì)鋯石、獨(dú)居石的測(cè)年發(fā)展的較為成熟。研究表明，電子探針測(cè)定的化學(xué)年齡均在傳統(tǒng)的同位素法測(cè)定年齡的范圍之內(nèi)，尤其是較古老的地質(zhì)體，其測(cè)試精度高。

另外，由于電子探針的原位分析和高空間分辨率特點(diǎn)，為區(qū)域大地構(gòu)造和顯微構(gòu)造的形成提供了一種全新的地質(zhì)年代數(shù)據(jù)，從而為變質(zhì)、變形作用過(guò)程中P(壓力)一T(溫度)一t(時(shí)間)一D(變形)之間的關(guān)系提供了時(shí)間的制約，為解決顯微構(gòu)造和結(jié)構(gòu)分析長(zhǎng)期存在的問(wèn)題提供了新的方法。

同時(shí)，該技術(shù)也長(zhǎng)用于巖石、礦物和礦床學(xué)中，可對(duì)礦石的來(lái)源、不同礦物的不同環(huán)帶、不同世代的成分演化乃至?xí)r間演化進(jìn)行分析，據(jù)此可以得到許多巖石結(jié)構(gòu)、礦床成因、變質(zhì)作用及地質(zhì)找礦等方面的信息。

2、電子探針在材料學(xué)的應(yīng)用

材料在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)遭受環(huán)境的侵蝕。為保護(hù)母材，成品件常常需要進(jìn)行表面防腐處理。有時(shí)為利于加工，在工序之間也進(jìn)行鍍膜處理。由于鍍膜的表面形貌和深度對(duì)使用性能具有重要影響。鍍膜的深度很薄，由于光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)的局限性，使用鏡相方法檢測(cè)鍍膜的深度和鍍層與母材的結(jié)合情況比較困難，而電子探針卻可以很容易完成。

使用電子探針觀察分析鍍層表面形貌是方便、易行的有效方法，樣品無(wú)需制備，只需直接放入樣品室內(nèi)即可放大觀察。電子探針可得知材料表面有無(wú)凹陷、凸出以及裂紋、毛刺和起皮等。