电子探针X射线显微分析仪（Electron Probe X-ray micro analyzer， EPMA），简称为电子探针，是在电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展的一种高效率分析仪器，为一种显微分析和成分分析相结合的微区分析方法，其通常作为附件安装在扫描电镜或透射电镜的镜筒上，即波谱仪（WDS）和能谱仪（EDS）。

电子探针利用0.5~1 μm的高能电子束激发分析试样，通过电子束与试样相互作用产生的特征X射线、二次电子、吸收电子、背散射电子及阴极荧光等信息来分析试样微区内（μm级) 的成分、形貌和化学结合状态等特征。

一、电子探针（EPMA）基本原理

高能量电子将原子内部电子（低能级）击出时就会产生X射线。高能级的电子就取代了被击出的电子。在高能级向低能级跃运过程中的能量损失会以X射线的形式发出，即特征X射线。

X射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原子序数Z有一确定的关系。用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，测出特征X射线的波长（或特征能量），就可确定相应元素的原子序数，即样品中所含元素的种类（定性分析）。

因为某种元素的特征X射线强度与该元素在样品中的浓度成比例，所以只要测出这种特征X射线的强度，就可计算出该元素的相对含量（定量分析）。

二、电子探针（EPMA）设备介绍

电子探针仪的结构可分为三大部分：镜筒、样品室、信号检测系统。其中镜筒和样品室部分与SEM相同。

信号检测系统是X射线谱仪，对于试样中产生的特征X射线，有两种展谱方法：

• 波长分散谱仪（Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy， WDS）：波谱仪用来测定特征X射线的特定波长

• 能量分散谱仪（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy， EDS）：能谱仪用来测定特征X射线的特征能量

通常将扫描电镜和电子探针组合在一起，使设备兼具形貌分析和成分分析的功能。

三、电子探针（EPMA）测试案例

1.定点分析

3.面扫描分析

面扫描分析：即电子束在样品表面作光栅式面扫描，以特定元素的X射线的信号强度调制阴极射线管荧光屏的亮度，获得该元素质量分数分布的扫描图像。元素在试样表面的分布能在屏幕上以亮度（或彩色）分布显示出来（定性分析），亮度越亮，说明元素含量越高。研究材料中杂质、相的分布和元素偏析常用此方法，通常与显微形貌对照分析。

【注】定点分析灵敏度最高，面扫描分析灵敏度最低，但观察元素分布最直观。

四、电子探针（EPMA）分析实例

a.基体构成分布

通过点分析、线分析和面分析对钕铁硼磁性材料微区的基体相微观特征、化学组成和分布以及晶界扩散进行了直观地表征。高倍下的显微形貌观察和元素分布表征可以区分晶相的微观结构分布和构成。在晶界改性方面，研究元素掺杂引起的晶界特征。其基体由基体相、富Nd相、富Nd相晶粒和晶界相等4类构成。

钕铁硼磁体中的4种相：(a)背散射图像；(b)元素 Nd 面分布图像

b.基体相晶粒定量测试

由于超轻元素和不同的元素结合时，其特征峰会有峰位和峰形的变化，所以标样和未知试样的特征峰位和背景峰位要分别予以设定，延长测试时间，增强测试灵敏度。对于稀土元素，不同元素的特征峰和背景峰可能会有干扰影响，要每个元素都分别确认，需避开干扰重叠。

添加稀土元素如Tb和Dy等进行合金化处理，是提高钕铁硼磁性性能的有效方法，通过晶界掺杂和晶界扩散两种方式实现晶界改性。通过电子探针元素面分析结果，从中可以看出掺杂元素主要分布的晶界位置。

晶界改性的钕铁硼磁体主要元素分布特征：(a)背散射图像；(b)元素 B分布图；(c)元素O分布图；(d)元素Tb分布图；(e)元素Co分布图；(f)元素Cu分布图；(g)元素Ga分布图；(h)元素Pr分布图；(i)元素 Nd 分布图