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掃描電鏡原理:元素與掃描電鏡及能譜儀的聯系

發布時間: 2024-05-06  點擊次數: 321次

掃描電鏡原理:元素與掃描電鏡及能譜儀的聯系


相信大家都知道掃描電鏡的背散射電子(BSE),背散射電子是被固體樣品中的原子核反彈回來的一部分入射電子。其中包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。

大家可以這樣想象:當我們用乒乓球(入射電子)砸向石頭(原子核)時,乒乓球便會被反彈回來,反彈回來的這些乒乓球便是背散射電子。因此,當原子序數越大,原子核所帶正電荷就越多,能夠反彈回來的背散射電子便會越多,在掃描電鏡成像上的體現就是信號量較充足。

 

在掃描電鏡下,如上圖所示,我們不難發現其中有黑色的地方(C 元素)也有白色的地方(Sn 元素),這里成像的襯度便反應了原子序數的差異。

而通過能譜檢測特征 X 射線則可以知道原子是什么,有多少。當入射電子束與材料相互作用時,原子內層電子被打跑,外層電子向內躍遷填補空位,多余的能量以 X 射線形式釋放。由于原子序數的不同,核外電子排布方式也是不同,內外層電子的能量差也就不同,因此元素釋放的 X 射線能量不同,這些具有原子信息的 X 射線稱為特征 X 射線。

 

 

 

通過分析 X 射線“能量",可以識別出與之對應的元素。

通過分析 X 射線“數量",可以分析出不同元素的含量。

經過上面介紹,可以發現元素與掃描電鏡(SEM)及能譜儀(EDS)存在密切的聯系。通過掃描電鏡背散射電子圖像可以初步判定樣品表面的成分信息,結合能譜儀(EDS)可以測得樣品表面元素的種類和含量。


1869 年科學家門捷列夫(Dmitri Mendeleev)首先創造了元素周期表,門捷列夫發現元素排布規律的過程還有一個小故事:

 

有一天,門捷列夫正在苦惱元素之間的規律,他坐到桌前擺弄起了“紙牌",擺著,擺著,門捷列夫像觸電似的站了起來,在他面前出現了沒有料到的現象,每一行元素的性質都是按照原子量的增大而從上到下地逐漸變化著。他將當時已知的 63 種元素依照相對原子質量大小并以表的形式排列,把有相似化學性質的元素放在同一列,制成元素周期表的雛形。經過多年修訂后才成為當代的周期表。

 

 

元素周期表中各個元素所在的位置決定了很多信息,其中就包含了原子核及核外電子排布的信息。

  1. 在元素周期表中原子序數決定了原子核所帶正電荷數。原子核極小,它的直徑在10-15 m~10-14 m之間,體積只占原子體積的幾千億分之一,在這極小的原子核里卻集中了 99.96 % 以上原子的質量,原子核的密度極大,核密度約為 1017 kg/m3。

  2. 在元素周期表中原子序數決定了核外電子數,處于基態的原子,核外電子排布方式遵守zui低能量原理,泡利不相容原理和洪特規則。




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