从寻找食品污染物到识别机器故障,再到预测飞机零件的腐蚀方式,能谱分析(EDX或EDS)是当今材料科学家广泛采用的技术。与扫描电子显微镜(SEM)一起使用时,EDX探测器可以提供更多样品信息。
使用EDX,研究人员可以快速得到有关样品化学成分的信息,包括元素构成、分布及浓度。
但是EDX到底是如何工作的
利用扫描电子显微镜,各种信号可以提供给定样品的不同信息。
例如
背散射电子生成衬度图像,显示出原子序数差异。而二次电子则提供样品的表面形貌信息。当扫描电子显微镜与EDX探测器结合使用时,X射线也可以用作产生化学信息的信号。
为了更好地理解X射线的产生原理,我们要清楚,每个原子都拥有特定数量的电子,且电子处于特定的能级。正常情况下,电子在特定的轨道上运行且具有不同的、分立的能量。
EDX分析原理
电子束轰击原子内层,激发出基态原子的内壳电子,在内层留下带正电的电子空穴。内层电子离开原子后,处于较高能级的外层电子会填充这些低能级的空穴,多余能量可能会以 X 射线形式放出,而这种X 射线的能量分布可以反映特定元素和跃迁特征。
X射线生成过程:
(1)能量传递给原子中的电子,使其离开原子留下空穴;
(2)较高能级的外层电子填充空穴并释放出特性X射线。
此种X射线可以用硅漂移探测器收集,并结合软件对其进行测量和解释。化学信息可以通过元素面分布和线扫描等多种方式实现可视化。这样,利用X射线也就可以识别样品中的各种元素。
有趣的是,EDX还可用于定性和定量分析,也就是识别样品的元素类型以及每种元素的浓度百分比。与传统扫描电子显微镜一样,EDX 技术几乎不需要样品制备,并且无损,不会损坏样品。
EDX分析以其多种优势,已在制造业、研究领域、能源资源管理、快消品等多个行业得到广泛应用。EDX 已经成为扫描电子显微镜的重要部分,利用扫描电子显微镜进行EDX分析,研究人员既可以提高分析结果质量,同时又能节省宝贵的时间。
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