電子微探針

在涉及研究固態試樣元素組分及濃度的二維分佈時，常用的一種方法是電子微探針。電子微探針中的電子束斑直徑可達到0.1μm，但要求試樣厚度在0.1μm左右。對於厚試樣，其空間分辨率限制在0.5μm左右，原因是電子束在試樣中會產生很強的散射現象。而對於質子，因其質量大，散射要比電子小得多。MeV級能量的質子在穿透20μm厚的試樣後仍能保持較好的空間分辨率，這就反映了用質子顯微鏡研究厚靶試樣比較方便。 ^[1] 

PIXE或質子顯微鏡與電子微探針相比的另一個優點是它比電子微探針有更高的探測靈敏度。因為無論用電子或質子激發X射線熒光，都是用Si（Li）探測器探測，在測得的X射線熒光能譜上都會有韌致幅射信號的干擾，但由於質子質量為電子的1962倍，因而1～3MeV能量的質子要比幾十個仟電子伏電子（電子微探針中的入射束）產生的韌致輻射本底低得多，所以PIXE或質子顯微鏡對試樣中微量元素的探測靈敏度要比電子微探針高2個數量級，因而可以分析一些電子微探針不能分析的微量元素。分別為用入射能量為10keV的電子微探針和2.5MeV質子顯微鏡測得的同一試樣（花粉管）同一位置上的X射線能譜。從兩者比較可見，由於韌致輻射的影響，在PIXE能譜上可見的微量元素Fe、Cu、Zn在電子探針測得的能譜上無法辨認。 ^[1] 

電子微探針廣泛用於礦物、冶金、機械、電子和生物學等領域，尤其適用於對合金的顯微組織和相成分的研究分析。此外，它也是分析月球土壤和月岩的理想儀器。如同X射線熒光光譜儀那樣，高速運動的電子打擊在固體樣品表面上時電子突然停止，其能量激發原子的內層電子，從樣品中輻射出X射線。這種X射線是以元素為特徵的，它是定性和定量分析的依據。 ^[1] 

電子微探針與 X射線熒光光譜儀的主要差別是前者利用一次X射線進行定性和定量分析；而後者則是用二次X射線。即利用X射線熒光進行定性和定量分析。它與電子顯微鏡的主要差別是電子顯微鏡利用電子衍射原理得到圖象；而電子微探針除利用X射線外，還利用電子顯微鏡中掃描技術以提供有關物質的狀態、組成和結構等多種信號。 ^[1] 

電子微探針的結構原理為：由電子槍射出的高速電子流經過電子透鏡後聚焦成直徑為 1微米以下的微細電子束，其焦點落在樣品表面。樣品所產生的X射線由檢測器檢測。電子微探針與X射線分析儀的作用和結構基本相同，但是它靠掃描線圈的作用可使電子束在樣品表面上掃描，因此可以得到元素在樣品表面上的分佈狀態，並顯示出圖象。除X射線圖象外，它還能得到背散射電子圖象、吸收電子圖象和透射電子圖象。通過這3種信息圖象可以瞭解樣品的表面元素的分佈狀態和結構等特性，因此比單獨的電子顯微鏡的作用更為完備。 ^[1] 

電子微探針常用的加速電壓為10～30千伏。電子束穿透樣品的深度大致與其直徑相同（1微米），這就決定了樣品的空間分辨率，即被分析體積的最小值約為10釐米。以質量計算的檢測極限為10～10克。電子微探針能分析的元素範圍在常規條件下可從原子週期表中原子序數為12的鎂至92的鈾，並已擴展到原子序數為4的超輕元素鈹。 ^[1]