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2024年5月7日发(作者：)

能谱仪EDS(Energy Dispersive Spectrometer)是电子显微镜（扫描电镜、透射电镜）

的重要附属配套仪器，结合电子显微镜，能够在1-3分钟之内对材料的微观区域的元素分

布进行定性定量分析。 原理：利用不同元素的X射线光子特征能量不同进行成分分

析。 与WDS(Wave Dispersive Spectrometer)波普仪相比具有以下优缺点： 优点:

（1）能谱仪探测X射线的效率高。

（2）在同一时间对分析点内所有元素X射线光子的能量进行测定和计数，

在几分钟内可得到定性分析结果，而波谱仪只能逐个测量每种元素特征波长。

（3）结构简单，稳定性和重现性都很好

（4）不必聚焦，对样品表面无特殊要求，适于粗糙表面分析。

X射线光电子能谱分析(XPS,X-ray photoelectron spectroscopy)测试的是物体表

面10纳米左右的物质的价态和元素含量，而EDS不能测价态，且测试的深度为几十纳米

到几微米，基本上只能定性分析，不好做定量分析表面的元素含量。

其主要应用：

XPS的原理：待测物受X光照射后内部电子吸收光能而脱离待测物表面(光电子)，透

过对光电子能量的分析可了解待测物组成,XPS主要应用是测定电子的结合能来实现对表

面元素的定性分析，包括价态。XPS（X射线光电子能谱）的原理是用X射线去辐射样品，

使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。被光子激发出来的电子称为光电子。可

以测量光电子的能量，以光电子的动能为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光

电子能谱图。从而获得试样有关信息。X射线光电子能谱因对化学分析最有用，因此被称

为化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）。

1，元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外

的所有元素。

2，元素的定量分析。根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面积）反应原子的含

量或相对浓度。

3，固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定

表面电子的电子云分布和能级结构等。

4，化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提供化学键和电荷分

布方面的信息。

5，分子生物学中的应用。Ex：利用XPS鉴定维生素B12中的少量的Co。

X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)

XRF的原理：X射线是电磁波谱中的某特定波长范围内的电磁波，其特性通常用能量

（单位：千电子伏特，keV）和波长（单位：nm）描述。X射线荧光是原子内产生变化所

致的现象。一个稳定的原子结构由原子核及核外电子组成。其核外电子都以各自特有的能

量在各自的固定轨道上运行，内层电子（如K层）在足够能量的X射线照射下脱离原子的

束缚，释放出来，电子的逐放会导致该电子壳层出现相应当电子空位。这时处于高能量电

子壳层的电子（如：L层）会跃迁到该低能量电子壳层来填补相应当电子空位。由于不同

电子壳层之间存在着能量差距，这些能量上的差以二次X射线的形式释放出来，不同的元

素所释放出来的二次X射线具有特定的能量特性。这一个过程就是我们所说的X射线荧光

（XRF）。

XRF的应用

a) X射线用于元素分析，是一种新的分析技术，但在经过二十多年的探索以后，现在

已完全成熟，已成为一种广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个

领域。

b) 每个元素的特征X射线的强度除与激发源的能量和强度有关外，还与这种元素在样

品中的含量。

c) 根据各元素的特征X射线的强度，也可以获得各元素的含量信息。这就是X射线荧

光分析的基本原理。

优点:

a) 分析速度高。测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可以测完

样品中的全部待测元素。

b) X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶质、非

晶质等物质的状态也基本上没有关系。（气体密封在容器内也可分析）但是在高分辨率的

精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围内，这种效应更为显著。

波长变化用于化学位的测定 。

c) 非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变，也不会出现试样飞散现象。同一

试样可反复多次测量，结果重现性好。

d) X射线荧光分析是一种物理分析方法，所以对在化学性质上属同一族的元素也能进

行分析。

e) 分析精密度高。

f) 制样简单，固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。

缺点：

a）难于作绝对分析，故定量分析需要标样。

b）对轻元素的灵敏度要低一些。

c）容易受相互元素干扰和叠加峰影响。

本文标签： X射线电子元素能量

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