天游线路检测中心 特征 X 射线 (EDS)

特征 X 射线

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特点X射线是将内层电子踢出原子的入射电子，当原子内较高能级的电子跃迁到内层中产生的空穴时，多余的能量以电磁波的形式发射X它指的是一条线。特点X因为线的能量根据元素的不同而具有唯一的值，扫描电镜特性X使用线条分散能量X线谱 (能量色散 X 射线光谱) 允许进行元素分析。

特征X射线发生区域

当样品受到电子束照射时，电子与样品内部的原子碰撞并渗透到一定深度，同时损失能量。在此过程中，核心电子被喷射并产生特征X射线。特征X射线在距离样品表面几十纳米到几微米的深度处产生。
特征X射线的产生区域取决于样品的入射电压、平均原子序数、原子质量和密度。对于由树脂或玻璃等轻元素制成的样品，产生特征 X 射线的区域又深又宽。如果它是由SUS或黄铜等重元素组成的，则生成区域会浅且窄。
图1示出了当电子束以20kV的入射电压入射到碳(C)和铜(Cu)上时产生特征X射线的区域的示意图。对于碳 (C)，特征 X 射线产生区域的深度约为 48 µm（图 1a）。对于比碳重得多的铜 (Cu) 元素，产生特征 X 射线的区域减小至约 1 µm 的深度（图 1b）。

图1 碳(C) 和铜(Cu) 中的特征X 射线发生区域

实际观察到的特征X射线强度就是产生的特征X射线被样品吸收和散射并引起荧光激发，使它们从样品中逸出X线条的深度不同。对于定量元素分析，定量校正（扎夫更正和PRZ更正）是必要的。

电子束照射特征X射线的产生过程

图2显示了电子束照射过程中Cu原子的特征X射线产生过程。当入射电子与内层电子碰撞时，内层电子从原子中弹出。结果，电子轨道中产生空位，使原子不稳定。为了回到稳定状态，较高电子轨道外层轨道的电子跃迁到内层轨道。此时的能量差作为特征X射线被发射。从L壳层跃迁到K壳层时发出的特征X射线称为Kα射线（图3a），从M壳层跃迁到K壳层的特征X射线称为Kβ射线（图3b），从M壳层跃迁到L壳层的特征X射线称为Lα射线（图3c）。这样，特征X射线就根据辐射所涉及的电子轨道来命名。

图 2 以 Cu 为模型的特征 X 射线生成过程

图 3 以 Cu 为模型的特征 X 射线发射机制

获得具有足够探测强度的特征X射线的入射电压条件

为了产生特征X射线，需要为入射电子提供比在内壳中喷射电子所需的最小能量（吸收边）更多的能量。例如，由于目标元素Cu的K吸收边为8979keV，理论上入射电子的电压应为9kV或更高。然而，为了获得足够强度的X射线谱，通常将入射电压设置为目标元素的特征X射线能量的大约两倍。对于Cu，通过将入射电压设置为15 kV左右，可以获得足够强度的Kα射线（804 keV）光谱（图4）。
图5显示了特征X射线（Kα射线和Lα射线）的能量随着原子序数的增加而变化。该图表明，使用15 kV的入射电压，可以激发几乎所有元素的特征X射线。对于原子序数较小的样品，即使将入射电压降低至10 kV至5 kV，也可以获得足够强度的光谱。因此，在元素分析中，根据样品的原子序数适当设置入射电压非常重要。

特征X射线是当入射电子将内层电子从原子中弹出以产生空穴时发出的X射线，原子中较高能级的电子跃迁以填充空穴，以电磁辐射的形式释放出多余的能量。由于特征光谱 (EDS) 的能量利用特征 X 射线。

特征X射线的产生区域

当电子照射样品时，电子会渗透到一定深度，同时通过与样品中的原子碰撞而损失能量。在此过程中，内层电子被喷射，并产生特征X射线。 X 射线通常在样品表面下方几十纳米到几微米的入射区域内产生。
特征X射线的产生区域取决于电子束的加速（着陆）电压、平均原子序数、原子量和样品的密度。对于由轻元素（例如树脂和玻璃）组成的样本，生成区域趋于深而宽。相反，对于由重元素（例如不锈钢和黄铜）组成的样本，该区域变得浅且狭窄。
图。图1示意性地示出了当入射电子束为20kV时碳(C)和铜(Cu)的特征X射线的产生区域。对于碳，生成区域的深度延伸至约 48 μm（图 1a）。

图。 1 碳和铜的特征X射线的产生区域

实际测量的特征X射线强度受到各种效应的影响：产生的X射线在样本中被吸收和散射并引起荧光激发。因此，所产生的特征X射线可以逃离样本的深度（称为“逃逸深度”）根据这些效应而不同。通过这些影响。

电子束照射特征X射线的产生过程

图。图2示出了受电子束照射的Cu原子中特征X射线的产生过程。当入射电子与内层电子碰撞时，受影响的电子会从原子中弹出。然后，在内壳轨道中产生空位或空穴，使原子不稳定。为了返回稳定状态，处于较高能量轨道的电子跃迁到所产生的空穴。在这种情况下，会发射特征 X 射线，其中两个轨道之间存在能量差。
当电子从L壳跃迁到K壳时，特征X射线称为Kα线（图3a）。参与其发射的轨道。

图。 2 Cu特征X射线的产生过程

图。 3 Cu 的特征 X 射线（Kα、Kβ、Lα）发射

入射（着陆）电压获得足够的特征X射线强度的条件

为了产生特征X射线，入射电子的能量必须等于或大于喷射内壳层电子所需的最小值，称为吸收边。例如，Cu的K吸收边为8979 keV；因此，理论上，9 kV 或更高的入射（着陆）电压就足够了。然而，为了获得具有足够特征X射线强度的光谱，通常将着陆电压设置为目标元素特征X射线能量的两倍左右。对于 Cu，15 kV 的着陆电压足以获得 Kα 线的高强度光谱 (804 keV)，如图 4 所示。
图。图 5 展示了特征 X 射线（Kα 和 Lα 线）的能量如何随原子序数增加。该图表明，15 kV 的着陆电压足以激发几乎所有元素的特征 X 射线。对于由较轻元素组成的样品，可以通过将着陆电压降低至10 kV甚至5 kV来获得足够高强度的X射线光谱。
因此，在元素分析中，根据样品的原子序数正确设置着陆电压非常重要。

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