X荧光元素能谱分析与扫描电镜能谱元素的共性及差异

X荧光元素分析原理是青年科学家布拉格（获诺贝尔物理学奖时仅25岁）创建的。现以创想仪器的第二代EDX-9000型X射线荧光元素分析仪为例，介绍其工作原理与技术性能。

工作原理：高速电子轰击靶材（通常有铑靶、钨靶、铜靶、银靶、铀靶等等），只有1%的电子能量转化为X光的能量，其它能量是以热能形式释放，因此要用循环水把多热量带走，产生的X光包括白光（波长和能量是连续的）和特征元素峰（单色光）。X荧光元素分析主要利用靶材产生的X白光做入射光源，在高真空条件下照射被测样品，被测样品中的各元素的核外电子本来在稳定的轨道上运行，受到入射X光的干扰，受到激发，发生跃迁，从低能级轨道跃迁到高能量轨道，然后发生跃迁的电子又从高能级轨道回到低能量轨道，在这过程中释放出与元素能级特征有关的X光，该X光的能量等于电子跃迁的能级差，它是单色光。原子序数高的原子，核外电子能级多又复杂，因此与之对应的元素特征峰既多又复杂。

扫描电子探针元素分析的原理是高速电子直接照射被测样品，被测样品的核外电子受到激发，产生特征元素X峰。从科学原理可知，只是入射光源不同，入射光源的能量能满足核外电子跃迁的要求，激发的元素特征峰的性质与能量是完全相同的。

目前X荧光元素分析仪只有能谱型实现了国产化，检测元素范围是从Na-U（11号—90号），但波谱型X荧光元素分析仪尚未实现国产化，能谱型X荧光元素分析仪的核心部件，能谱探测晶体仍采用世界知名公司的产品，同时扫描电镜电子能谱元素分析仪尚未实现国产。本文重点阐述X荧光元素能谱分析与扫描电镜能谱元素的共性及差异，就是寻找国内合作，早日实现扫描电镜能谱元素分析仪的国产化。

下面介绍X荧光能谱元素分析的样品制备，把被测样品研磨成手指摸没有颗粒感（约10微米以下），然后压制成片，如图1所示。这是实测后的余样，实测时样品表面是光滑平整的，样品的直径约30毫米，这是好大的一个样品了，若样品是金属，可以直接测量，但要求样品表面达到金相级光洁度。当然也有规格小的样品架，直径分别有20毫米、10毫米和5毫米。有的矿样磨碎后加硼砂在铂金坩埚内高温熔融，然后做成玻璃平板状样品，力争消除基体效应，提高分析精度。但由于添加了助熔剂，导致被测元素稀释，同样会导致测量精度下降。

X荧光元素分析时样品是旋转的，这是为了增加样品的代表性，是为了获得该样品的平均元素含量信息，因此X荧光元素分析是从宏观角度进行分析，样品有一定的代表性。

扫描电镜上的附件能谱仪，被测样品的区域可以是点扫描、任意形状扫描、线扫描和面扫描等方式，扫描面积只有几个平方微米至数千个平方微米。扫描电镜下的被测区域是可以选择的，这是从微观角度分析元素的成分分布。若能合人工智能技术，可以轻松地进行微区物相分析，精度和灵敏度要远超X衍射微区分析。