EDS能谱介绍

能谱EDS是什么？

EDS, Energy dispersive X-Ray Spectroscopy ,能量色散X射线光谱仪.

EDS的原理？

X射线管产生的X射线辐射在物体表面，使得待测样品的内层电子被逐出，产生空穴，整个原子体系处于不稳定的激发态。而外层电子自发的以辐射跃迁的方式回到内层填补空穴，产生X特征射线，其能量与入射能量无关，是两能级之间的能量差。

当特征X射线光子进入硅渗锂探测器后便将硅原子电离，产生若干电子-空穴对，其数量与光子的能量成正比，利用偏压收集这些空穴电子对，经过一系列转换器以后变成电压脉冲供给多脉冲高度分析器，并计数能谱中每个能带的脉冲数。

EDS谱峰有很多峰位对应一个元素，是不是说明这个元素的含量很高？

从EDS的原理可以知道，EDS是一个电子壳层的电子被激发，留下空位，然后外层电子跃迁到这个空位，同时就会放出X特征射线，这样不同层的电子跃迁就会有不同的谱线，EDS谱线就是把折现特征X射线脉冲的累积分开得到的。这样就能理解谱线越多，说明外面的电子占有壳层越多，而定量分析是根据不同元素来选择不同线系的谱峰强度以及这个元素的响应值来做计算的，所以谱峰多跟含量高低没有关系。

X射线能谱仪的结构?

X射线能谱仪主要由探测头、放大器、多道脉冲高度分析器、信号处理和显示系统组成。

a) 探测头：把X射线光子信号转换成电脉冲信号，脉冲高度与X射线光子的能量成正比；

b) 放大器：放大电脉冲信号；

c) 多道脉冲高度分析器：把脉冲按高度不同编入不同频道，即将不同的特征X射线按照能量不同进行区分；

d) 信号处理和显示系统：鉴别谱、定性定量计算以及记录分析结果。

EDS能谱仪的功能?

点分析

电子束固定在试样表面的某一点上，进行定性或者定量分析。

该方法准确度高，用于显微结构的成分分析，对于低含量元素定量的试样，只能用点分析。

测试注意事项：

a) 一般选择较大的块体在5000倍以下检测,块体太小或者倍数过大，都会造成背景严重，测量准确度下降；

b) 选择样品比较平整的区域检测，若电子打在坑坑洼洼的样品表面，X射线出射深度差别较大，定量信息不够准确；

c) 电子束与轻元素相互作用区域较大，干扰更强，定量结果可能偏差较大。

图7 X射线能谱仪点分析实例

点扫描的分析区域为图中的一个点（A点），其测试报告由三部分组成，包含一张样品表面形貌照片、一张元素谱图照片及一张元素相对含量检测结果，如图7-8所示。其中谱图的横坐标（单位：KeV）代表X射线能量，纵坐标（单位cps/eV,为counts per second/e volt的缩写）代表信号强度。值得注意的是，峰高度与元素含量并非直接正相关，元素含量由检测到的信号强度与存储在软件中的标准值比较，经过ZAF校正后得到。

图8 X射线能谱仪点分析检测结果

点分析的元素相对含量检测结果如图9所示，包含以下几项：

a) EL：元素种类；

b) AN：原子量；

c) Series: 用于定量的特征X射线；

d) unn.C[wt.%]: 表示实测的元素质量百分含量，由于样品元素种类、质地等原因，该检测值总和往往不是1；

e) norm.C[wt.%]: 表示归一化元素质量百分含量，各种元素实测百分含量的总和往往不是1，因此在比较过程中出现很多问题，因此软件根据设定方法，将各元素总量归为1；

f) Atom.C[wt.%]: 表示归一化原子百分含量，用于计算原子比；

g) Error[wt.%]: 表示质量百分含量误差，当某元素含量非常少，接近或者低于仪器检出限时，是否存在该元素很难确定，一般认为误差值来辅助判断，当误差值大于归一化元素百分含量时，认为该元素可能不存在。

线分析

电子束沿样品表面的一条分析线进行扫描，采集每个位点元素的特征X射线，可获得元素含量变化的线分布曲线，结果和试样形貌像对照分析，能直观地获得元素在不同相或区域内的分布，曲线高的地方，表明该元素含量高。线扫描报告由三部分组成：样品形貌照片、元素谱图及线扫描结果图，此种扫描方式不能定量分析。

对所制备的MnO@N-GSC/GR复合材料进行了EDS线扫描分析，如图9所示。该测试结果中出现了Mn、C、N和O四种元素，表明该复合材料主要由这四种元素组成，根据各主要元素的含量分布状况，进一步说明按照实验路线，成功的合成了以MnO为核心的核鞘纳米材料，以及存在氮掺杂的石墨烯鞘层。

面分析

电子束在样品表面的某一区域扫描时，能谱仪固定接收某一元素的特征X射线，每采集一个特定X射线光子，在荧屏上的对应位置打一个亮点，亮点集中的部位就是该元素浓度高的部位。如果样品由多种元素组成，可以得到每个元素的面分布图。研究材料中杂质、相的分布和元素偏析常用此方法。面分布报告由四部分组成：样品表面形貌照片、元素谱图、各种元素面扫描综合图以及每一种元素面扫描图。

对合成的α-MnS@GSC/GF纳米材料进行EDS面扫描分析。从图10中可以看出，Mn和S元素均沿着纳米线方向均匀分布，证实了α-Mn的一维结构；此外，C元素沿纳米线的分布较其他区域更为集中，说明GSC的存在；N的分布与C非常相似，这表明N原子被掺杂到GSC和石墨烯薄片中。

综上，三种分析方法用途不同，检测的灵敏度也不同。其中，定点分析灵敏度最高，面扫描分析灵敏度最低，但观察元素分布最为直观。实际操作中需要根据试样的特点及分析目的合理的选择分析方法。

EDS定量分析方法及原理？

定量：

有标样定量分析，在相同条件下，同时测量标样和试样中元素的X射线强度，通过强度比，再经过修正后可求出各元素的百分含量。有标样的准确度高。

半定量：

标准样X射线的强度是通过理论计算或者数据库进行定量计算得出。

K=I测/Isd

EDS分析的最低含量是0.X%（注：X是因元素不同而有所变化的），对平坦，无水，致密和导电良好的试样，定量分析总量误差＜±3%。

EDS的特点？

快速测定，几分钟可以同时对微区中Be~U的所有元素定性，定量分析；

对样品损伤小；

检测线一般为0.1%~0.5%。

EDS样品制备?

不同样品用于X射线能谱仪分析时，具有不同的制样方法，具体如下：

a) 块状样品：金属、矿物或者塑料，可以将其切成合适的尺寸，并且将切面切成或者磨成相当光滑的表面；

b) 压实的粉末样品：通过研磨，将样品制成球形粉末，并将材料与助溶剂四硼酸力或四硼酸钠先在高温下熔融，然后铸入圆盘中压制；

c) 松散的粉末样品：一般情况下，将粉末倒入容器，以获得均匀平整的表面；

d) 液体样品：将液体倒入一个小容器，并用Mylar薄膜盖住容器，并将其倒置，从底部进行分析；

e) 过滤纸试样：一般用于研究气体污染或者液体中浓缩元素的分析中，其中选择过滤材料时，应注意以下两点：第一，不含有对分析元素有干扰的元素；第二，每单位面积内的被测物应该要少，目的是为了减少测量谱中的散射背景；

f) 其他样品：几乎任何尺寸、形状和物理性能的样品都可以进行分析。

审核编辑 黄昊宇