1、IRRS:InfraredIRRS:Infrared ReflectionReflection Spectroscopy,Spectroscopy, 红外反射光谱；XPS:XPS: X-rayX-ray PhotoelectronPhotoelectron Spectroscopy,Spectroscopy, X X射线光电子能谱(ESCA)(ESCA)；AESAES: :AugerAuger electronelectron spectroscopy,spectroscopy, 俄歇电子谱；SIMS:SIMS: SecondarySecondary IonIon MassMass Spect
2、roscopy,Spectroscopy, 二次离子质谱；SEM:SEM: ScanningScanning ElectronElectron Micrograph,Micrograph, 扫描电子显微镜；EDS/EDX:EDS/EDX: EnergyEnergy DispersiveDispersive X-rayX-ray Analyzer,Analyzer, 能量色散X X射线分析；EPMA:EPMA: ElectronElectron probeprobe micro-analysismicro-analysis，电子探针微区分析 亦称EDAXEDAX (Electron(Electr
3、on dispersiondispersion X-rayX-rayanalysis)analysis)；ELL/EPM:ELL/EPM: Ellipsometry,Ellipsometry, 椭圆偏振术；ISS:ISS: IonIon scatteringscattering spectroscopy,spectroscopy, 离子散射谱；LEED:LEED: LowLow energyenergy electronelectron diffraction,diffraction, 低能电子衍射；RBS:RBS: RutherfordRutherford backscattering,ba
4、ckscattering, 卢瑟福背散射；STM:STM: ScanningScanning tunnelingtunneling microscopy,microscopy, 扫描隧道显微镜；SNMS:SNMS: SputteredSputtered neutralsneutrals massmass spectroscopy,spectroscopy, 溅射中性粒子质谱；FEM:FEM: field-emissionfield-emission microscope,microscope, 场发射显微镜。N2Analysis of Adsorption Isotherms Surface
5、Area （比表面积）（比表面积）沸石:500-800 m2/g, 介孔材料1000 m2/g，介孔碳 1000-2000 m2/g Pore Size（孔径）（孔径）微孔50nm Pore Volume （孔容）（孔容）0.3,0.5.2.0 ml/g Pore Size Distribution （孔径分布）（孔径分布） Fractal Dimension Texture of Porous MaterialXRDX X 射线分析法特点：射线分析法特点：（1 1）非破坏性和大面积上的平均性； （2 2）对结构和缺陷的灵敏性； （3 3）对成分、组成、结构和缺陷等参量单一对应性和可定量测量性
6、； （4 4）制样简单且代表实际使用材料的真实性。X X射线物相分析特点射线物相分析特点 鉴定可靠，因d d值精确、稳定； 直接鉴定出物相，并确定物相的化合形式； 需要样品少，不受晶粒大小的限制； 晶体结构相同、晶胞参数相近的物相，有相似的衍射花样； 不能直接测出化学成分、元素含量； 对混合物相中含量较少的相，有一定的检测误差。参数选择参数选择 （CuCu靶，靶，0.154nm0.154nm）狭缝宽度增加发散狭缝宽度可增强入射光，虽然这对提高灵敏度、减少测量时间和强度的统计误差有利但同时也会降低分辨率。要想得到高的分辨率，就必须用小的接收狭缝。扫描速度是指接收狭缝和计数器转动的角速度。增大扫描
7、速度可节约测试时间，但将导致强度和分辨率的下降时间常数表示电路对信号反映的快慢，时间常数越小，反映越快增大时间常数，可减少统计涨落，从而使衍射线及背底变得平滑，但同时将降低峰高和分辨率物相定性分析物相定性分析利用X X射线进行物相定性分析的步骤为: : 用某一种实验方法获得待测试样的衍射花样； 计算并列出衍射花样中各衍射线的d d值和相应的相对强度I I值； 参考对比已知的资料鉴定出试样的物相。物相定性分析所应注意问题物相定性分析所应注意问题（1）对于数据d值，处理时精度要求高，一般只允许小数点后第二位才能出现偏差（2）低角度区域的衍射实验数据较重要。因为在低角度区域，衍射所对应d值较大的晶面
8、，不同晶体差别较大，衍射线相互重叠机会较小（3）对多物相混合试样检验时，应耐心细致进行检索，力求全部数据能合理解释。（4）d比I相对重要（5）强线比弱线重要（6）要重视特征线（7）做定性分析中，了解试样来源、化学成分、 物理性质（8）不要过于迷信卡片上的数据，特别是早年的资料，注意资料的可靠性。X X射线小角度散射射线小角度散射（SAXSSAXS） X X射线小角散射是发生在2 2=0.03=0.033 3 范围内的相干散射现象，物质内部数十至千 尺度范围内电子密度的起伏是产生这种散射效应的根本原因。SAXSSAXS主要是测量微颗粒形状、大小及分布和测量样品长周期，并通过衍射强度分布，进行有关
9、的结构分析 。选择标样物相选择标样物相 标样物相的理化性能稳定，与待测物相衍射线无干扰，在混合及制样时，不易引起晶体的择优取向。某晶相含量的定量分析某晶相含量的定量分析(1)选择的标样物相与纯的待测物相按要求制成混合试样，选定标样物相及待测物相的衍射，测定其强度IsIs和I Ij j，用I Ij j/Is/Is和纯相配比X Xj js s 获取定标曲线或K Kj js s。（2）测定试样中标准物相j的强度或测定按要求制备试样中的特检物相j及标样S物相指定衍射线的强度。 （3）用所测定的数据，按各自的方法计算出待检物相的质量分数Xj。SEMSEM各种信号成像的分辨率（各种信号成像的分辨率（nmn
10、m）信号二次电子 背散射电子吸收电子特征X X射线俄歇电子分辨率 1 15 5505020020010010010001000100100100010005 51010图像分析时二次电子信号的分辨率最高。因此所谓扫描电镜的分辨率即二次电子像的分辨率。扫描电镜具有如下特点：扫描电镜具有如下特点：1 1）制样简单；2 2）景深大，适用于粗糙表面和断口的分析观察，图像富有立体感、真实感，易于识别和解释；3 3）放大倍数变化范围大，可15158080万倍；4 4）具有相当的分辨率，一般为 1 13nm3nm；5 5）可进行多功能分析（如与X X射线能谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析）；6
11、6）可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察各种条件下的相变及形态等变化等；7 7）可通过电子学方法方便地控制和改善图像的质量。参数影响参数影响1.加速电压2.电子束减速 3.工作距离 4.光阑 5.扫描模式 6.探测器 7.制样微束分析微束分析(Microbeam(Microbeam Analysis)Analysis)：利用一束细电子束、离子束、光束或粒子束作用于试样产生的各种信息,进行成分、形貌、结构及其他物理和化学特性的分析。主要功能：主要功能：成分分析；结构分析；图像分析。EPMAEPMA原理、用途：原理、用途：电子探针英文缩写为EPMA或EMA (Electron prob
12、e X-ray microanalyser)。一种电子束显微分析的仪器，是通过电子束激发试样微区产生的二次电子、背散射电子、及X射线等信息，进行试样表面形貌观察及成分分析。成分分析主要用波谱仪（WDS），也可以用能谱附件进行成分分析。EPMAEPMA、SEMSEM区别区别EPMAEPMA：成分分析，形貌观察。以成分分析为主。主要用WDS进行元素成分分析，出射角大、有OM，电流大，有较成熟的定量方法，所以定量结果准确度高。真空腔体大，成分分析束流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量下降速度快，EPMA二次电子像分辨率约为6nm。SEMSEM：形貌观察，成分分析。图像分辨率高，FESEM：1纳
13、米， W灯丝：3纳米，EPMA比SEM价格贵23倍。EPMAEPMA分析特点：分析特点：1.微区（1m5m）、显微结构分析2.元素分析范围广：硼（B）铀()3.定量准确度高4.检测极限： WDS:0.01%左右；EDS：0.1%左右5.不损坏试样、分析速度快6.微区离子迁移动力学研究SEMSEM特点：特点：1.放大倍率高，几十倍到几十万倍，连续可调，倍率选择要根据试样特点。2.分辨率高，W灯丝SEM分辨率：3nm-6nm, 场发射SEM分辨率可达到1nm。3.景深大，图像立体感强，可对粗糙不平的断口试样观察。4.保真度好，试样制备简单，保存试样原貌。冷场发射和热场发射冷场发射和热场发射：场发射
14、SEM分冷场发射和热场 （肖特基） 发射。 冷场发射是阴极温度在室温， 热场发射阴极要加热到约1500。热场W阴极单晶尖端为取向，表面有一层氧化锆，以降低电子发射的功函数。冷场发射的W单晶是取向，取向的逸出功最小（4.2eV）。FESEMFESEM分辨率高的主要原因分辨率高的主要原因：1.电子源（灯丝）亮度高。2.电磁透镜的像差(CS，CC)小。SEM的分辨率，与入射到试样上的电子束直径密切相关，电子束直径越小，分辨率越高。最小的电子束直径D由如下所示：D2CS26+CC22（V/VACC）2+0.4*I/B2式中CS为球差，CC为色差，V/VACC为电子的能量扩展，I是电子束电流，B是电子光
15、源亮度，是聚焦的电子束张角。SEMSEM灯丝为灯丝为W W丝或者丝或者LaFLaF6 6。环境扫描电镜环境扫描电镜：电子与气体分子碰撞时， 会产生正离子和电子， 正离子被试样表面吸引并中和试样表面积累的电荷，电子飞向探测器。试样室真空度大于2660Pa的SEM. . 称环境扫描电镜（Environmental SEM：ESEM）, 通常通气体或者喷水来保持低真空度，环境SEM更适合于观察不稳定试样和含水试样。高加速电压对图像影响高加速电压对图像影响：1.图像包括较深层信息2.损失图像表面细节，5kV比25kV表面细节明显清楚。3.增加边缘效应4.增加放电可能性5.可能损伤试样6.提高分辨率XP
16、SXPSXPSXPS（X X射线光电子能谱射线光电子能谱：X-rayX-ray PhotoelectronPhotoelectron SpectroscopySpectroscopy）特点：特点：1.可能给出表面层原子价态与周围元素键合等信息；2.入射束为X X射线光子束，因此可进行绝缘样品分析；3.不损伤被分析样品；4.快速多元素分析；5.可进行有机物基团分析；XPSXPS的特点：的特点：可以分析除H和He以外的所有元素。相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰较少，元素定性的标识性强。能够观测化学位移，化学位移同原子氧化态、原子电荷和官能团有关。化学位移信息是利用XPS进行原子结构分析和
17、化学键研究的基础。可作定量分析，即可测定元素的相对浓度，又可测定相同元素的不同氧化态的相对浓度。是一种高灵敏超微量表面分析技术，样品分析的深度约为20，信号来自表面几个原子层，样品量可少至10-8g，绝对灵敏度高达10-18g。XPSXPS可进行痕量分析可进行痕量分析 光电子能谱仪在元素的定性分析上有特殊优点，它可以测定除氢、氦以外的全部元素，对物质的状态没有选择，样品需要量很少，可少至1010-8-8g g，而灵敏度可高达1010-18-18g g，相对精度有1%1%，因此，特别适合做痕量元素分析。样品的要求：样品的要求：1.非挥发性固体及粉末样品2.样品尺寸：直径38mm应用简介应用简介（
18、表面的成分与结构解析）（表面的成分与结构解析）1.金属膜、半导体膜、绝缘膜等材料的组分分析表面沾污及器件失效分析等2.高分子聚合物的表面化学结构判别及表面改性等3.金属表面氧化与偏析、表面防腐、抗磨及热处理分析4.薄膜及涂层中组分与化学结构分析XPSXPS的实验方法：的实验方法： 样品的预处理：样品的预处理：（对固体样品）1.溶剂清洗（萃取）或长时间抽真空除表面污染物。2.氩离子刻蚀除表面污物。注意刻蚀可能会引起表面化学性质的变化（如氧化还原反应）。3.擦磨、刮剥和研磨。对表理成分相同的样品可用SiC(600#)砂纸擦磨或小刀刮剥表面污层；对粉末样品可采用研磨的方法。4.真空加热。对于能耐高温
19、的样品，可采用高真空下加热的办法除去样品表面吸附物。样品的安装：样品的安装：一般是把粉末样品粘在双面胶带上或压入铟箔（或金属网）内，块状样品可直接夹在样品托上或用导电胶带粘在样品托上进行测定。其它方法：其它方法：1.压片法：对疏松软散的样品可用此法。2.溶解法：将样品溶解于易挥发的有机溶剂中，然后将其滴在样品托上让其晾干或吹干后再进行测量。3.研压法：对不易溶于具有挥发性有机溶剂的样品，可将其少量研压在金箔上，使其成一薄层，再进行测量。AESAESAESAES（俄歇电子能谱：（俄歇电子能谱：AugerAuger ElectronElectron SpectrometrySpectrometry
20、）特点：特点：(1)(1) 极薄表面层的元素分析（可分析深度在2nm2nm以内）(2)(2) 分辨率高，有很高的微区分析灵敏度；(3)(3) 也可进行化学结合状态的测定；(4)(4) 易于其它方法结合， 可进行三维扫描( (成像) )： 如： AESAES-XPSXPS组合可了解原子的键合状态； AESAES-LEED(LEED(低能电子衍射) )，不仅能测定元素种类，也能测定原子的排列；(5)(5) 对样品表面要求不严格；(6)(6) 利用离子枪的刻蚀功能可进行深度分析；(7)(7)谱线复杂；(8)(8)定量分析还有困难；(9)(9)样品表面易损伤：二次电子过程会对样品表面损伤，使其信息量减
21、少，这种损伤对有机材料尤其严重。对有机材料最多的应用是采用AESAES与离子溅射并存的方法来分析纵深的剖面图。(10)(10)存在电子束引起的干扰：绝缘体样品表面易带电，特别是进入和离开样品的为大功率电子通量，须快速将过甚电荷泄放，否则样品电势的变化将使俄歇线的能量出现严重错误。样品要求：样品要求：非挥发性固体及粉末样品样品尺寸一般小于3030 mmmm应用简介：应用简介：各种薄膜材料分析、表面杂质和器件失效分析多层薄膜界面分析元素的化学结构及化学价态分析薄膜组份深度分析SIMSSIMS（二次离子质谱：二次离子质谱：SecondarySecondary IonIon MassMass Spec
22、trometrySpectrometry）的特点：的特点：(1)(1)信息深度为表面几个原子层甚至单层；(2)(2)能分析包括氢在内的全部元素，并可检测同位素；(3)(3)能分析化合物，得到其分子量以及分子结构信息，且特别适合于检测不易挥发、热不稳定的有机大分子；(4)(4)检测灵敏度高，对杂质的检测限常可达ppmppm甚至ppbppb量级。是所有表面分析方法中灵敏度最高的一种；(5)(5)可进行微区成分的成像分析和深度剖面分析，还可以得到一定程度的晶格信息。TEMTEMTEMTEM特点：特点：透射电子显微镜具有高分辨率、高放大倍数等特点，是以聚焦电子束作为照明源，用电磁透镜对极薄(从几至几十
23、nm)试样的透射电子源，并使之聚焦成像的电子光学仪器。TEMTEM制样：制样：透射电镜所用的极薄试样有特定的制备方法。透射电镜研究用的样品要求具有很薄的厚度，将极薄的试样放在专用的铜网上，并将铜网装在专用的样品架上，再送入电镜的样品室内进行观察。透射电镜样品专用铜网是直径为3mm3mm、并有数百个网孔构成的。透射电镜样品有多种制备方法，主要是根据试样的状态和试验要求确定的。对高分子材料可进行以下研究：对高分子材料可进行以下研究：1.确定晶区与非晶区量的关系；2.研究结晶结构及形态；3.研究各种结构的形成、结晶速率等结晶过程；4.研究高分子结晶的聚集态；5.研究聚合物和共混物。AASAAS原子吸
24、收光谱分析的特点原子吸收光谱分析的特点：(1)(1)用火焰作原子化光源时，测量再现性较好，准确度好；(2)(2)对各元素的分析灵敏度较高(PPb(PPb级) )；(3)(3)操作较易、应用广泛( (如生物环境试样等) )，测定快速；(4)(4)仪器装置小型，且组装也简单；(5)(5)分析试样的利用率较高；(6)(6)使用无火焰装置时，不须采取防止气体爆炸的措施。仪器操作条件的选择仪器操作条件的选择：( (一一) ) 空心阴极灯电流的选择空心阴极灯电流的选择提高灯电流，增大发射强度，有利于改善信噪比。但是，另一方面，谱线宽度随之增大，自吸收显著，不利于测定灵敏度。过高的灯电流还会使发射不稳定和缩
25、短灯的使用寿命。当选用较小的灯电流时，谱线宽度小，输出稳定，测定灵敏度高。但是，如发射强度太弱，必须采用较宽的狭缝和较高的光电倍增管高压及放大器增益，这就使噪音增强，信噪比变坏。在选择灯电流时须兼顾。（二）吸收线的选择（二）吸收线的选择每个元素都有若干条吸收线，常选用最灵敏的共振线进行分析。但有些元素( (如镍、钴等) )的最灵敏线并不是共振线。此外，当存在光谱干扰，待测元素浓度过高或最灵敏线位于远紫外或红外区时，也可选用次灵敏线或其它线。（三）（三）火焰类型火焰类型与状态与状态的选择的选择火焰类型的选择与测定灵敏度及干扰情况有很大关系。目前应用广泛的火焰主要是以下两种：空气- -乙炔火焰，适
26、用于玻陶材料中大多数常见元素的测定，是最为常见的一种火焰；温度更高的氧化亚氮- -乙炔火焰，用于一些易生成难熔氧化物的元素( (如A1A1、SiSi、TiTi、B B、ZrZr等) )的测定，这些元素是玻陶材料中的重要组分。改变燃气和助燃气的流量比，可改变火焰的燃烧状态。不少元素用富燃性火焰测定时灵敏度较高，但碱金属的测定以贫燃性火焰为宜。（四）吸收高度的选择（四）吸收高度的选择吸收高度是指光束通过火焰的高度。通常用改变燃烧器高度来使光束通过火焰的不同部位，又称为燃烧器高度。改变燃气流量，火焰状态发生变化，火焰中最大吸收高度也随之变化。此外，干扰元素存在与否，也会使吸收高度省些不同。所以，最好
27、是通过条件试验得出在喷入一定浓度的标准溶液时，吸光度随燃烧器高度变化的曲线，由此确定最合适的吸收高度。（五）狭缝宽度的选择（五）狭缝宽度的选择狭缝宽度直接决定单色器的光谱通带。因此，选择狭徑宽度的原则是在单色器能够避开最邻近的非共振线时，尽可能选用较宽的狭缝。所以，对于共振线附近几乎没有其他谱线的元素，如钙、镁、锌等，狭缝宽度不要求那么严格，可以选用光谱通带1 1毫微米左右的狭缝宽度。另一方面，对于谱线复杂的铁、钴、镍等元素，则须选用较狭的狭缝宽度，以便使共振线与其他谱线分开，或者使其他谱线的影响减至最小。但是狭缝宽度过小，光强度太弱，信噪比变坏，倒不如仍采用较宽的狭缝，以提高光强，得到相对说
28、来较好的信噪比。所以应当根据具体情况作出选择。ICP-AESICP-AES分析法的优点分析法的优点：1.灵敏度高、检测限低 ( (0.00010.0001 mg/Lmg/L）2.精密度高 (RSD%1%)(RSD%1%)3.干扰较小，ArAr的光谱背景较干净4.同时多元素分析能力。可测定7070多种金属元素和部分非金属ICPICP测量条件的选择测量条件的选择：1.射频(RF)(RF)输出功率2.载气流量3.观察高度ICPICP是一种溶液光谱法，样品须是中性或酸性的水溶液，一般不容许含有有机化合物（若有则要采取消解法） 。DTADTADTADTA曲线的影响因素曲线的影响因素：1.加热速率的影响随
29、着升温速率加快, 温度滞后现象严重，因而热分析曲线的峰温向高温方向移动2.气氛的影响1)可以被氧化的试样在含氧气的气氛中出现氧化放热峰， 在氮气或其它惰性气氛中就没有了氧化放热峰。2)当试样有气体产物时，要考虑到环境气氛对试样反应的影响，3)压力的影响在进行气氛差热分析时，对于放出气体或消耗气体的化学反应或物理变化，气氛压力对平衡温度有明显的影响，对DTA的峰温有较大变化，如热分解、升华、汽化、氧化、还原等。另外，峰温移动程度还与过程的热效应大小成正比。实验证明，气氛压力提高，起始温度、峰顶温度、终止温度都向高温移动；反之，气氛压力越低分解出来的产物越容易离开样品表面，促使分解温度越来越低，同
30、时DTA曲线的分辨率越低。4)流动气氛的影响一般在流动态气氛中峰温向低温移动。3.试样量的影响常量型差热分析仪，试样量一般在200mg以上。微型热分析仪一般在520mg左右，最新仪器有用16mg的。试样用量越多，内部传热时间越长，形成的温度梯度越大，DTA峰形成扩张，分辨率下降，温度滞后严重。4.样品粒度的影响一般认为随颗粒度减少，峰温降低，峰面积减小。因为样品粉碎到一定粒度，结晶度发生变化，试样内能增加，使DTA热效应变小 ，峰温降低。5.试样装填的影响试样的堆积程度对热传导和气氛扩散有明显影响，密堆积利于热传导而防碍气体扩散。在进行一系列的实验时要保证实验条件尽量相同。6.参考物的选取及其
31、影响参考物必须具备两个条件：第一，在测量温度范围内无物理化学变化，否则它会以相反的信号在记录仪上出现，如参考物吸热则DTA曲线上出现放热峰。第二，与被测试样的热性质（比热、热传导率）要尽可能相同或接近，这样DTA曲线的基线平稳，漂移小。7.热惰性稀释剂的影响采用热惰性物质稀释样品有以下用途：在定量分析中制备不同浓度的反应物试样；防止试样烧结；降低记录的热效应；改变试样与环境气氛之间的接触状态；较小基线漂移；调整试样的热传导率；进行特殊的微量分析。8.仪器方面的影响因素热分析仪的设计和制造要求样品容器对称性好、热容量小，对差示热电偶检测器要求对称性好、热电势大、热容量小、灵敏度高。炉子的恒温区要大，温度梯度要小。样品架在炉中的位置要使试样与参考物处于完全相同的条件。近代微量热分析仪在设计和制造上都尽量满足了这些要求。总之，影响DTA曲线的因素包括三个方面：操作方面的因素，样品方面的因素，仪器方面的因素。理解和掌握这三方面的影响因素对选择合适的实验条件和分析实验结果是很有帮助的。DTADTA与与DSCDSC区别：区别：1.差示量热计代替加热炉2.样品和参比物各自独立加热3.产生温差用继电器启动功率补偿，保持同温4.分析曲线与DTA相同，但更准确
