eds能譜分析原理
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如果要分析材料微區(qū)成分元素種類與含量，往往有多種方法，打能譜就是我們最常用的手段。
能譜具有操作簡單、分析速度快以及結(jié)果直觀等特點，最重要的是其價格相比于高大上的電鏡來說更為低廉，因此能譜也成為了目前電鏡的標(biāo)配。
今天這篇文章集齊了有關(guān)能譜（EDS）的各種問題，希望能給大家?guī)韼椭?/p>
Q1:能譜的縮寫是EDS還是EDX？
開始的時候能譜的縮寫有很多，比如EDS，EDX，EDAX等，大家對此也都心照不宣，知道ED就是Energy Dispersive，后面因為X-ray Analysis和Spectrum這幾個詞的不同用法，導(dǎo)致了縮寫的不同。而且相應(yīng)的漢譯也有很多，比如能量色散譜，能量散射譜等等。
不過，到了2004年左右，相關(guān)協(xié)會規(guī)定，EDS就是能譜或者能譜儀，EDX就是能譜學(xué)，Dispersive就不去翻譯。
這樣EDS就應(yīng)該是文章里的正規(guī)用法，而現(xiàn)在有很多文章仍然使用其他說法，有約定俗成的味道，大家知道怎么回事就行了。
Q2:TEM的能譜誤差比SEM的小嗎？
A2:因為很多人知道TEM的分辨率高，所以認(rèn)為TEM所配能譜的分辨率高于SEM。這可以說是一個非常錯誤的論斷。
同樣廠家的能譜，同一時期的產(chǎn)品，用于TEM的分辨率通常要低于SEM幾個eV，誠然，TEM可能會觀察到更小的細(xì)節(jié)，但這只是能譜分析范圍的精準(zhǔn)，并不代表能譜的分辨率高。SEM的樣品比較容易制備，而且跟厚度關(guān)系不大，一般電子束深入樣品的高度為幾個微米，定量時可以放相應(yīng)樣品的標(biāo)樣（比如純Si就用純Si標(biāo)樣，MgO就用MgO標(biāo)樣，有很多國家級標(biāo)樣供選擇）來做校正。比較重的元素諸如很多金屬和稀土元素的分析結(jié)果可以認(rèn)為是定量的。
上海硅酸鹽研究所的李香庭教授對SEM和電子探針的EDS分析結(jié)果做過比較系統(tǒng)的講述，我摘抄如下：
EDS分析的最低含量是0.x%（注：這個x是因元素不同而有所變化的。）
“電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則”國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了EDS的定量分析的允許誤差（不包括含超輕元素的試樣）。對平坦的無水、致密、穩(wěn)定和導(dǎo)電良好的試樣，定量分析總量誤差小于±3％。
另外，EDS分析的相對誤差也有相應(yīng)的規(guī)定：
a) 主元素(>20%wt)允許的相對誤差≤±5％。
b) ±3%wt ≤含量≤ 20%wt的元素，允許的相對誤差≤ 10％。
c) ±1%wt≤含量≤ 3%wt的元素，允許的相對誤差≤ 30％。
d) ±0.5%wt≤含量≤ 1%wt的元素，允許的相對誤差≤ 50％。
對于不平坦試樣，可用三點分析結(jié)果的的平均值表示，或在總量誤差小于等于±5％的情況下，如確認(rèn)沒有漏測元素時，允許使用歸一化值作為定量分析結(jié)果。偏差大于±5％，只能作為半定量結(jié)果處理。
但很多時候并沒有相應(yīng)標(biāo)樣，也就用數(shù)據(jù)庫里的標(biāo)樣數(shù)據(jù)直接用來定量，稱為無標(biāo)樣定量?！半m然無標(biāo)樣定量分析方法現(xiàn)在無國家標(biāo)準(zhǔn)，但在不平試樣、粉體試樣及要求不高的一般分析研究中，應(yīng)用還比較廣泛,現(xiàn)在正在考慮制定“EDS無標(biāo)樣定量分析方法”國家標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
TEM的樣品多數(shù)是薄樣品，這對于分析來說似乎是件好事，因為可以減少干擾，但定量的時候需要考慮樣品厚度，反而又是個難題，因為很難準(zhǔn)確得出微區(qū)上的樣品厚度，這就給定量帶來了很大難題，而且就是有標(biāo)樣，也因為無法做出相應(yīng)厚度的樣品去對應(yīng)比較，就我所知，國家級的TEM標(biāo)樣還沒有一個。
這樣，大家應(yīng)該就能理解，對于很多樣品，TEM的EDS分析就是半定量的，對于輕元素，甚至只能定性，大家能做到的，就是選取適當(dāng)合理的分析工具，盡量找到干擾小的區(qū)域，取多點分析平均(最好隨機取20點以上），以盡量減少誤差。
Q3:EDS的譜峰有很多峰位對應(yīng)于一個元素，是不是說明這個元素含量很高？
看了EDS的原理這個問題就會明白。
EDS是一個電子殼層的電子被外來粒子或者能量激發(fā)，留下一個空位，然后外層電子躍遷至這個空位，同時就會放出特征X射線，這樣不同殼層之間的電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的能量差就會有不同的譜線，EDS譜線就是把這些特征X射線脈沖的累積分開得到的。
這樣一來，譜線越多，說明外面的電子占有殼層越多。而定量分析時是根據(jù)不同元素來選擇不同線系的譜峰強度以及這個元素的響應(yīng)值來做計算的，所以譜峰多跟元素含量沒有關(guān)系。
Q4:EDS的譜峰里面看不到前面的譜峰（比如<8 keV），是不是說明所選微區(qū)里前面的輕元素壓根沒有或者很少？
這個就要注意是否選取的樣品位置周圍有大顆?；蛘咂渌窠橘|(zhì)的存在，吸收了本來產(chǎn)率就低的輕元素X射線，對譜峰結(jié)果產(chǎn)生了嚴(yán)重干擾。
當(dāng)有這種現(xiàn)象時，可以選擇其他區(qū)域的樣品比較一下一些過渡元素的K線系和L線系，或者原地傾轉(zhuǎn)樣品，調(diào)整樣品位置，看是否有明顯的變化，以此判斷原分析結(jié)果的可靠性。
Q5:譜峰里面總是出現(xiàn)一些樣品里不可能有的元素，怎么回事？
發(fā)生這個問題可能存在以下幾種情況：
a) C和O，一般空氣中都有油脂等有機物的存在，很容易吸附到樣品表面造成污染，無論TEM還是SEM，都有可能看到C和O的峰。尤其TEM，一般使用C膜支撐，有C再正常不過了。
b) Al或者Si：SEM因為使用Al樣品臺或者玻璃基底，所以在樣品比較薄的區(qū)域掃譜，會有基底的信號出來。
c) Cu和Cr：這個是TEM里特有的，Cu是使用載網(wǎng)的材質(zhì)Cu導(dǎo)致的，而Cr一般認(rèn)為是樣品桿或者樣品室材質(zhì)里的微量元素導(dǎo)致的。
d) B：有些時候分辨率忽然極高，看到了清晰的B峰，這要注意，因為樣品在掃譜過程中大范圍移動就容易出現(xiàn)這個峰，還有如果樣品處于加熱狀態(tài)，也會有B的峰出現(xiàn)。
e) 一些很難見到的稀土元素或者La系A(chǔ)c系元素，這很可能是因為噪音的峰較強，儀器的分析認(rèn)為有微量相應(yīng)能量區(qū)的元素存在，用軟件去除即可。
