【摘要】 一般常用的元素分析方法有三种：能谱仪EDS，X射线光电子能谱仪XPS，X射线荧光光电子能谱仪XRF

一般常用的元素分析方法有三种：能谱仪EDS，X射线光电子能谱仪XPS，X射线荧光光电子能谱仪XRF，下面跟科学指南针一起看看他们的各个特点。


01 能谱仪（EDS）


能谱仪：EDS(Energy Dispersive Spectrometer)是电子显微镜（扫描电镜、透射电镜）的重要附属配套仪器，结合电子显微镜，能够在1-3分钟之内对材料的微观区域的元素分布进行定性定量分析。 

 

原理：利用不同元素的X射线光子特征能量不同进行成分分析。 

 

EDS与WDS(Wave Dispersive Spectrometer)波普仪相比具有以下优缺点：

 

优点: 

（1）能谱仪探测X射线的效率高。 

（2）在同一时间对分析点内所有元素X射线光子的能量进行测定和计数， 在几分钟内可得到定性分析结果，而波谱仪只能逐个测量每种元素特征波长。 

（3）结构简单，稳定性和重现性都很好 

（4）不必聚焦，对样品表面无特殊要求，适于粗糙表面分析。 

 

02 X射线光电子能谱（ XPS）

 

XPS：X射线光电子能谱分析(XPS, X-ray photoelectron spectroscopy)测试的是物体表面10纳米左右的物质的价态和元素含量，而EDS不能测价态，且测试的深度为几十纳米到几微米，基本上只能定性分析，不好做定量分析表面的元素含量。 

 

原理：用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。被光子激发出来的电子称为光电子。可以测量光电子的能量，以光电子的动能为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光电子能谱图，从而获得试样有关信息。待测物受X光照射后内部电子吸收光能而脱离待测物表面(光电子)，透过对光电子能量的分析可了解待测物组成。

 

应用：测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析，包括价态。

 

X射线光电子能谱因对化学分析最有用，因此被称为化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）。 

 

1. 元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。 

2. 元素的定量分析。根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面积）反应原子的含量或相对浓度。 

3. 固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等。 

4. 化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提供化学键和电荷分布方面的信息。

5. 分子生物学中的应用。Ex：利用XPS鉴定维生素B12中的少量的Co。

 

03 X射线荧光光谱分析（ XRF）

 

XRF：X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence) 的X射线是电磁波谱中的某特定波长范围内的电磁波，其特性通常用能量（单位：千电子伏特，keV）和波长（单位：nm）描述。

 

X射线荧光是原子内产生变化所致的现象。一个稳定的原子结构由原子核及核外电子组成。其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，内层电子（如K层）在足够能量的X射线照射下脱离原子的束缚，释放出来，电子的逐放会导致该电子壳层出现相应当电子空位。这时处于高能量电子壳层的电子（如：L层）会跃迁到该低能量电子壳层来填补相应当电子空位。由于不同电子壳层之间存在着能量差距，这些能量上的差以二次X射线的形式释放出来，不同的元素所释放出来的二次X射线具有特定的能量特性。这一个过程就是我们所说的X射线荧光（XRF）。 

 

应用:

1. X射线用于元素分析，是一种新的分析技术，但在经过二十多年的探索以后，现在已完全成熟，已成为一种广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域。 

2. 每个元素的特征X射线的强度除与激发源的能量和强度有关外，还与这种元素在样品中的含量。

3. 根据各元素的特征X射线的强度，也可以获得各元素的含量信息。这就是X射线荧光分析的基本原理。 

 

优点: 

1. 分析速度高。测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可以测完样品中的全部待测元素。

2. X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。（气体密封在容器内也可分析）但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围内，这种效应更为显著。波长变化用于化学位的测定 。

3. 非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变，也不会出现试样飞散现象。同一试样可反复多次测量，结果重现性好。

4. X射线荧光分析是一种物理分析方法，所以对在化学性质上属同一族的元素也能进行分析。 

5. 分析精密度高。

6. 制样简单，固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。 

 

缺点： 

1. 难于作绝对分析，故定量分析需要标样。

2. 对轻元素的灵敏度要低一些。 

3. 容易受相互元素干扰和叠加峰影响。

 

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