透射电镜能谱和能量损失谱解析优化

F射线能量色散谱仪（Energy Dispersi？e F-ray Spectroscopy，EDS），简称能谱，是分析型透射电子显微镜的基本配置。应用能谱可以对材料的化学成分进行定性和定量分析，利用电子通道效应可以分析原子在有序晶体中的晶格位置。分析型透射电子显微镜的重要附件还包括电子能量损失谱仪（Electron-Ener-gy-Loss Spectroscopy，EELS）。与F射线能量色散谱分析功能比较，电子能量损失谱更适合材料中轻元素的定性和定量分析，可以利用电子能量损失谱电离峰近边结构和广延能量损失精细结构分析材料中元素的电子结构、化学价态，以及配位原子数和相邻原子结构信息。最近，能量选择成像系统的发展，不但使人们可以得到电子能量损失谱元素面分析和化学键分布，还可以提高透射电子显微镜电子衍射花样和衍射图像的质量。分析型电子显微镜通常具有很高的空间分辨率，应用F射线能量色散谱和电子能量损失谱可以对材料在纳米尺度小区域进行分析。

图3-19 分析型透射电子显微镜中X射线探测器示意图

对于样品产生的特征F射线，可以有两种成谱方法：一种是F射线能量色散谱方法，由于探测效率高，分析型透射电子显微镜中均采用这种方法；另一种为F射线波长色散谱方法（Wa？elength Disper-si？e F-ray Spectroscopy），通常和扫描电子显微镜连用组成电子探针。图3-19所示为分析型透射电子显微镜中F射线探测器示意图。为了保证探测器的稳定性，该仪器采用液氮进行冷却。窗口是谱仪的一个重要组成部分，起着隔离探测器和镜筒的作用，并保持探测器的高度真空度。以往探测器通常采用铍作为窗口材料，由于铍对低能F射线的吸收，无法分析原子序数11（Ea）以下的元素。采用沉积铝的有机膜超薄窗口，可以将分析元素扩展到原子序数6（C）以上。

透射电子显微镜F射线能量色散谱进行元素分析的最小检出量与该元素产生特征F射线的特性、探测器效率、计数时间以及电子束流强度等因素有关。计数时间和电子束流的提高有利于获得尽量低的最小检出量。一般透射电子显微镜F射线能谱色散分析的最小检出量为5×10^-20g左右。最小质量分数（MMF）表示在多种元素同时存在的情况下，检测出某一元素的灵敏度，可以表示为

MMF=1/[（P/B）Pτ]^1/2(www.xing528.com)

式中 P——元素的计数；

P/B——峰背比；

τ——计数时间。

延长计数时间可以提高最小质量分数，但过度增加计数时间，会因电子束流的稳定性、样品的漂移和污染问题，导致分析结果出现偏差。另外通过提高电子束流强度和加速电压，可以增加峰的计数和提高峰背比，从而提高元素检测的最小质量分数。