使用SEM扫描电镜进行EDS分析：它是如何工作的？

从寻找食品污染物，到识别机器故障，再到预测飞机部件随时间推移的腐蚀情况，能量色散X射线光谱分析(EDS 或 EDX) 分析被当代材料科学家广泛采用。当与扫描电子显微镜（SEM）结合使用时，EDS探测器能够提供比单独使用SEM更多的样品信息。

EDS分析是如何工作的？

利用EDS，研究人员可以快速获得有关样品化学成分的信息，包括其中存在哪些元素以及它们的分布和浓度。但EDS究竟是如何工作的呢？

在使用SEM时，各种信号会提供有关特定样品的不同信息。例如，背散射电子产生的图像对比度包含有关原子序数差异的信息，而二次电子则提供样品的形貌信息。然而，当扫描电子显微镜（SEM）与能量色散X射线谱仪（EDS）探测器结合时，X射线也可以作为一种信号来获取样品的化学信息。

要理解这些X射线是如何产生的，需要考虑每个原子都有特定数量的电子，它们分布在不同的能级上。在正常情况下，这些电子位于特定的电子壳层中，每个壳层具有不同的离散能量。

EDS分析的工作原理是：电子束撞击原子的内层，将该层的一个电子击出，留下一个带正电的电子空位。当内层电子被击出后，会吸引一个来自外层的电子来填补空位。当外层高能电子跃迁到内层低能级壳层时，所释放的能量差可以以X射线的形式发射出来。这种X射线的能量对于特定的元素和跃迁过程是唯一的。

EDS产生X射线的过程分为两个步骤。首先，原子中的电子获得足够的能量被击出，留下一个空位；其次，较高能级壳层的一个电子填补该空位，并释放出特征X射线。

在此过程中发射的X射线由硅漂移探测器收集，探测器测量信号并通过软件进行解析。本质上，化学信息可以多种方式进行可视化包括元素分布图和线扫描分析。通过这种方式，X射线可用于识别样品中存在的各种元素。

有趣的是，EDS 既可用于定性分析，也可用于定量分析，使用户能够识别出样品中存在的元素种类以及每种元素在样品中的百分比浓度。与传统的扫描电镜（SEM）一样，该技术几乎不需要样品制备，且具有无损性，这意味着它不会损坏样品。

由于具备诸多优势，EDS分析已广泛应用于从制造业和科研，到能源资源管理以及消费包装品等多个行业。事实上，它已经实用到成为拥有扫描电镜（SEM）的一项必备功能。研究人员利用扫描电镜进行EDS分析，可以在非常简单的实验条件下，提升产品质量并节省宝贵的时间。