電子探針作為顯微形態(tài)觀察及微區(qū)成分分析有效的測(cè)試手段之一，在材料分析和地質(zhì)地礦領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。但超輕元素的電子探針微區(qū)定量測(cè)試存在一系列難點(diǎn)，成為限制深入研究的桎梏，也是傳統(tǒng)儀器廠商不敢輕易涉足的“雷區(qū)”。
島津電子探針（EPMA-1720 和 EPMA-8050G）
針對(duì)超輕元素種種特性，島津電子探針通過(guò)在硬件方面配置兼具高靈敏度和高分辨率的約翰遜型全聚焦分光晶體、采用52. 5°高位特征X射線取出角以及人工合成的各類超輕元素專用分光晶體等優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得島津在超輕元素的測(cè)試上表現(xiàn)格外優(yōu)異。
超輕元素分析的難點(diǎn)
電子探針作為微區(qū)分析儀器，是利用從試樣內(nèi)部微米級(jí)別體積范圍內(nèi)被高能聚焦的入射電子束激發(fā)出的特征X射線信號(hào)來(lái)進(jìn)行元素的定性及定量分析。超輕元素的特征X射線具有波長(zhǎng)長(zhǎng)、能量低、易被試樣基體吸收等特點(diǎn)，用電子探針分析時(shí)有如下難點(diǎn)：
1
超輕元素的特征X射線質(zhì)量吸收系數(shù)大，譬如在同樣的基體中，超輕元素Be的質(zhì)量吸收系數(shù)是Fe元素的幾百甚或上千倍，這意味著樣品中被激發(fā)出的超輕元素特征X射線在從試樣內(nèi)部出射的過(guò)程中更容易被基體吸收、衰減程度更大。
2
超輕元素的特征X射線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，容易受到其它元素的高次線重疊干擾。如圖1所示，C的Ka明顯易受到Mn、Ni等元素高次線的干擾。
圖1 C元素附近的干擾線
3
超輕元素原子核外只有兩個(gè)電子層，其特征X射線由外層電子向內(nèi)層空位躍遷后產(chǎn)生。當(dāng)超輕元素與其他元素結(jié)合時(shí)，外層電子會(huì)受到影響，這就造成了不同結(jié)合狀態(tài)下，超輕元素的特征X射線峰位會(huì)有所偏移。圖2為單質(zhì)硼與氮化硼樣品中B元素特征X射線峰位偏移情況。
圖2 B和BN的峰形峰位偏移
4
超輕元素的特征X射線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，根據(jù)布拉格衍射公式：2dsinθ=nλ，需要晶面間距d更大的分光晶體，而天然礦物中已很難找到可對(duì)超輕元素分光的合適晶體。
島津應(yīng)對(duì)之道
1
針對(duì)超輕元素特征X射線易被基體吸收的問(wèn)題，島津電子探針采用52.5°高位特征X射線取出角設(shè)計(jì)。
假設(shè)特征X 射線產(chǎn)品的深度為單位1 μm 時(shí)，取出角為40°的儀器相對(duì)于島津52. 5°取出角，兩者的出射路程差可達(dá)ΔL = b -a = 1 /sin 40° - 1 /sin52. 5° = 1. 556 - 1. 261 =0. 295 μm?？梢?，高取出角能夠顯著的縮短出射路程，很大的減輕超輕元素被基體吸收的程度; 另外高取出角還能帶來(lái)更好的空間分辨率、更少的二次熒光等優(yōu)勢(shì)。
2
針對(duì)超輕元素特征X射線測(cè)試靈敏度的問(wèn)題，島津配置了兼具靈敏度和分辨率的全聚焦分光晶體。
羅蘭圓的半徑越大，對(duì)特征X 射線的分辨率越好，羅蘭圓的半徑越小，靈敏度會(huì)越好。如果使用半聚焦型的分光晶體，靈敏度和分辨率不能很好地兼顧，如果需要高靈敏度時(shí)，只能選擇羅蘭圓半徑較小的分光晶體，同時(shí)把特征X 射線檢測(cè)器前端的狹縫調(diào)大，但難免會(huì)造成分辨率的變差; 而需要高分辨率時(shí)，則需要選擇羅蘭圓半徑較大的分光晶體，同時(shí)把檢測(cè)器狹縫縮窄，但會(huì)造成靈敏度的下降。而島津電子探針采用統(tǒng)一4 英寸的全聚焦晶體，無(wú)需額外選擇和設(shè)置，即可獲得更好的靈敏度和分辨率。
3
針對(duì)高次線的影響，島津?qū)γ總€(gè)分光譜儀使用256個(gè)通道的PHA（脈沖高度分析器，Pulse Height Analyzer）可以有效地過(guò)濾高次線的干擾。
圖3 利用PHA過(guò)濾高次線對(duì)Be峰的干擾
4
針對(duì)超輕元素波長(zhǎng)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，島津開發(fā)了超輕元素測(cè)試專用的大晶面間距的分光晶體（不同2d值）可供選擇，如表1所示。
表1 島津開發(fā)的超輕元素專用分光晶體
總 結(jié)
島津電子探針解決了微區(qū)中超輕元素的測(cè)試難題，可為材料分析中的微觀機(jī)理研究提供有力數(shù)據(jù)支撐；在地學(xué)領(lǐng)域，對(duì)于研究礦床成因解釋、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)和新礦物的發(fā)現(xiàn)等具有重要意義。
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