1、紅外吸收收光譜1 波長長（）相鄰兩兩個波峰峰或波谷谷之間的的直線距距離，單單位為米米（m）、厘厘米（ccm）、微米（m）、納米（nm）。這些單單位之間間的換算算關系為為1m102cm106m109nm。2頻率（v）單位時時間內通通過傳播播方向某某一點的的波峰或或波谷的的數目，即單位位時間內內電磁場場振動的的次數稱稱為頻率率，單位位為赫茲茲（Hzz，即s-1），頻率和和波長的的關系為為3 波數數（）每厘米米長度內內所含的的波長的的數目，它是波波長的倒倒數，即即1 / ,波數單單位常用用cm-11來表示示。4傳播速速度:輻射傳傳播速度度等于頻頻率v乘以波波長，即v 。在真真空中輻輻射傳播播速度與與

2、頻率無無關，并并達到最最大數值值，用cc表示，c值準確確測定為為2.9997992110100cm/s5周期TT:相鄰兩兩個波峰峰或波谷谷通過空空間某固固定點所所需要的的時間間間隔，單單位為秒秒（s）。紅外光譜譜法的特特點: （1）特征征性高。就像人人的指紋紋一樣，每一種種化合物物都有自自己的特特征紅外外光譜，所以把把紅外光光譜分析析形象的的稱為物物質分子子的“指紋”分析。（2）應用用范圍廣廣。從氣氣體、液液體到固固體，從從無機化化合物到到有機化化合物，從高分分子到低低分子都都可用紅紅外光譜譜法進行行分析。（3）用樣樣量少，分析速速度快，不破壞壞樣品。 簡正振動動的數目目稱為振振動自由由度，每

3、每個振動動自由度度相應于于紅外光光譜圖上上一個基基頻吸收收峰。每每個原子子在空間間都有三三個自由由度，如如果分子子由n個原子子組成，其運動動自由度度就有33n 個，這3n個運動動自由度度中，包包括3個分子子整體平平動自由由度，33個分子子整體轉轉動自由由度，剩剩下的是是分子的的振動自自由度。對于非非線性分分子振動動自由度度為3n6， 但但對于線線性分子子，其振振動自由由度是33n5。例如如水分子子是非線線性分子子，其振振動自由由度=3336=33.紅外吸收收光譜（Inffrarred abssorpptioon sspecctrooscoopy, IRR）又稱稱為分子子振動轉動光光譜。當當樣品

4、受受到頻率率連續變變化的紅紅外光照照射時，分子吸吸收了某某些頻率率的輻射射，并由由其振動動或轉動動運動引引起偶極極矩的凈凈變化，產生分分子振動動和轉動動能級從從基態到到激發態態的躍遷遷，使相相應于這這些吸收收區域的的透射光光強度減減弱。記記錄紅外外光的百百分透射射比與波波數或波波長關系系的曲線線，就得得到紅外外光譜。紅外光譜譜在化學學領域中中的應用用大體上上可分為為兩個方方面：一一是用于于分子結結構的基基礎研究究，應用用紅外光光譜可以以測定分分子的鍵鍵長、鍵鍵角，以以此推斷斷出分子子的立體體構型；根據所所得的力力常數可可以知道道化學鍵鍵的強弱弱；由簡簡正頻率率來計算算熱力學學函數。二是用用于化

5、學學組成的的分析，紅外光光譜最廣廣泛的應應用在于于對物質質的化學學組成進進行分析析，用紅紅外光譜譜法可以以根據光光譜中吸吸收峰的的位置和和形狀來來推斷未未知物結結構，依依照特征征吸收峰峰的強度度來測定定混合物物中各組組分的含含量，它它已成為為現代結結構化學學、分析析化學最最常用和和不可缺缺少的工工具。產生紅外外吸收的的條件紅外光譜譜是由于于分子振振動能級級（同時時伴隨轉轉動能級級）躍遷遷而產生生的，物物質吸收收紅外輻輻射應滿滿足兩個個條件：（1）輻射射光具有有的能量量與發生生振動躍躍遷時所所需的能能量相等等；（22）輻射射與物質質之間有有偶合作作用。計算不不飽和度度U的經驗驗式為： U =1+

6、n4+1/2(nn3-n1)式中n1, nn3, 和n4分別為為分子式式中 一一價，三三價和四四價原子子的數目目。通常常規定雙雙鍵（CC=C、C=OO）和飽飽和環狀狀結構的的不飽和和度為11，三鍵鍵（CC、CNN等）的的不飽和和度為22，苯環環的不飽飽和度為為4（可理理解為一一個環加加三個雙雙鍵）。鏈狀飽飽和烴的的不飽和和度為零零。 指紋區aa 作為為化合物物含有什什么基團團的旁證證，指紋紋區許多多吸收峰峰都是特特征區吸吸收峰的的相關峰峰。確定化合合物的細細微結構構 （1）定定量分析析原理：與其它它分光光光度法（紫外、可見分分光光度度法）一一樣，紅紅外光譜譜定量分分析是根根據物質質組分的的吸收

7、峰峰強度來來進行的的，它的的理論基基礎是llambberttbeeer定律律。測量方法法：紅外與拉拉曼比較較：1 都都是研究究分子結結構（化化學鍵）的分子子振動、 轉動動光譜。2 紅紅外光譜譜是吸收收光譜，拉曼是是發射光光譜。3 拉拉曼的頻頻譜范圍圍寬 110445000cm1，紅紅外的窄 200040000ccm 1 。4 拉拉曼的激激發波長長可以是是可見光光區的任任一激發發源，因因此其色色散系統統比較簡簡單，（可見光光區），而紅外外的輻射射源和接接收系統統必須放放在專門門封閉的的裝置內內。5 不具有有偶極矩矩的分子子，不產產生紅外外吸收，但可產產生拉曼曼散射。激光拉曼曼光譜法法當單色光光照

8、射在在樣品上上，發生生瑞利散散射的同同時，總總發現有有1左左右的散散射光頻頻率與入入射光不不同。把把這種效效應命名名為拉曼曼效應。拉曼散散射與入入射光的的波數無無關，只只與物質質本身的的分子結結構所固固有的振振動和轉轉動能級級結構有有關（與與紅外光光譜中所所講的分分子的能能級一致致，但紅紅外光譜譜反映的的是這些些能級的的轉變對對入射光光的吸收收效應，而拉曼曼光譜則則反映的的是發射射光譜效效應）。因此拉拉曼技術術檢測分分子可用用于鑒別別物質的的種類。1）處于于基態EE1的分分子受入入射光子子hu0的激激發，躍躍遷到受受激虛態態E3，而后又又回到基基態E11。或者者E2的的分子激激發到EE3，很快

9、快又回到到E2，這兩種種情況下下，能量量都沒有有改變，這種彈彈性碰撞撞稱之為為瑞利散散射，散散射光的的波數等等于入射射光的波波數。2）處于于基態EE1的分分子受激激發，躍躍遷到受受激虛態態E3，而后又又回到基基態E22（而非非E1）。分子子的能量量損失了了E2E1hu。這種種非彈性性碰撞稱稱之為斯斯托克斯斯散射（Stookess）。 散射波波的波數數等于uu0-u3）處于于E2的的分子受受激發，躍遷到到受激虛虛態E33，而后后又回到到E1。分子的的能量增增加了EE2EE1hhu。這種種非彈性性碰撞稱稱之為反反斯托克克斯散射射（AnntiStookess）。散散射波的的波數等等于u0u斯托克斯斯

10、散射和和反斯托托克斯散散散統稱稱為拉曼曼散射。實際上上，反斯斯托克斯斯散射的的強度比比較大，因此在在拉曼光光譜測定定上習慣慣采用反反斯托克克斯散射射。圖中中的E22 為除除基態以以外的某某一能級級，可以以是分子子的任何何一個轉轉動能級級或者振振動能級級，因此此分子產產生的拉拉曼散射射可以有有多個不不同的波波數。紫外可見見吸收光光譜（UUV）紫外-可可見吸收收光譜法法是利用用某些物物質的分分子吸收收20008000nmm光譜區區的輻射射來進行行分析測測定的方方法。這這種分子子吸收光光譜產生生于價電電子和分分子軌道道上的電電子在電電子能級級間的躍躍遷，廣廣泛用于于有機和和無機物物質的定定性和定定量

11、測定定。特點：（1）紫紫外吸收收光譜所所對應的的電磁波波長較短短，能量量大，它它反映了了分子中中價電子子能級躍躍遷情況況。主要要應用于于共軛體體系（共共軛烯烴烴和不飽飽和羰基基化合物物）及芳芳香族化化合物的的分析。（2）由由于電子子能級改改變的同同時，往往往伴隨隨有振動動能級的的躍遷，所以電電子光譜譜圖比較較簡單，但峰形形較寬。一般來來說，利利用紫外外吸收光光譜進行行定性分分析信號號較少。（3）紫外吸吸收光譜譜常用于于共軛體體系的定定量分析析，靈敏敏度高，檢出限限低。基本原理理：1 電子躍躍遷類型型 （1）* 躍遷遷 指指處于成成鍵軌道道上的電子吸吸收光子子后被激激發躍遷遷到*反鍵鍵軌道 （2

12、）nn* 躍遷 指分分子中處處于非鍵鍵軌道上上的n電子吸吸收能量量后向*反鍵鍵軌道的的躍遷 （3）* 躍遷遷 指指不飽和和鍵中的的電子吸吸收光波波能量后后躍遷到到*反鍵鍵軌道。 （4）nn* 躍遷 指分分子中處處于非鍵鍵軌道上上的n電子吸吸收能量量后向*反鍵鍵軌道的的躍遷。 電子躍遷遷類型不不同，實實際躍遷遷需要的的能量不不同， * 1150nnm ； n*2000nmm ； * 2200nnm ； n* 3000nm 。 吸收能量量的次序序為：*n*n*（1）發發色團 分子中中能吸收收紫外光光或可見見光的結結構系統統叫做發發色團或或色基。象C=C、CC=O、CC等都都是發色色團。發發色團的的

13、結構不不同，電電子躍遷遷類型也也不同。（2）助助色團 有些原原子或基基團，本本身不能能吸收波波長大于于2000nm的的光波，但它與與一定的的發色團團相連時時，則可可使發色色團所產產生的吸吸收峰向向長波長長方向移移動。并并使吸收收強度增增加，這這樣的原原子或基基團叫做做助色團團。 （3）長長移和短短移：某些有有機化合合物因反反應引入入含有未未共享電電子對的的基團使使吸收峰峰向長波波長移動動的現象象稱為長長移或紅紅移（rred shiift），這些些基團稱稱為向紅紅基團；相反，使吸收收峰向短短波長移移動的現現象稱為為短移或或藍移（bluue sshifft），引起藍藍移效應應的基團團稱為向向藍基團

14、團。另外外，使吸吸收強度度增加的的現象稱稱為濃色色效應或或增色效效應（hhypeerchhrommic efffectt）；使使吸收強強度降低低的現象象稱為淡淡色效應應（hyypocchroomicc efffecct）。應用： 物質的的紫外吸吸收光譜譜基本上上是其分分子中生生色團及及助色團團的特征征，而不不是整個個分子的的特征。如果物物質組成成的變化化不影響響生色團團和助色色團，就就不會顯顯著地影影響其吸吸收光譜譜，如甲甲苯和乙乙苯具有有相同的的紫外吸吸收光譜譜。另外外，外界界因素如如溶劑的的改變也也會影響響吸收光光譜，在在極性溶溶劑中某某些化合合物吸收收光譜的的精細結結構會消消失，成成為一

15、個個寬帶。所以，只根據據紫外光光譜是不不能完全全確定物物質的分分子結構構，還必必須與紅紅外吸收收光譜、核磁共共振波譜譜、質譜譜以及其其他化學學、物理理方法共共同配合合才能得得出可靠靠的結論論。 鑒定：利利用紫外外光譜可可以推導導有機化化合物的的分子骨骨架中是是否含有有共軛結結構體系系，如CCCCCC、CCCCO、苯環等等。利用用紫外光光譜鑒定定有機化化合物遠遠不如利利用紅外外光譜有有效，因因為很多多化合物物在紫外外沒有吸吸收或者者只有微微弱的吸吸收，并并且紫外外光譜一一般比較較簡單，特征性性不強。利用紫紫外光譜譜可以用用來檢驗驗一些具具有大的的共軛體體系或發發色官能能團的化化合物，可以作作為其

16、他他鑒定方方法的補補充。 如果一個個化合物物在紫外外區是透透明的，則說明明分子中中不存在在共軛體體系，不不含有醛醛基、酮酮基或溴溴和碘。可能是是脂肪族族碳氫化化合物、胺、腈腈、醇等等不含雙雙鍵或環環狀共軛軛體系的的化合物物。如果在22102500nm有有強吸收收，表示示有K吸吸收帶，則可能能含有兩兩個雙鍵鍵的共軛軛體系，如共軛軛二烯或或，-不飽飽和酮等等。同樣樣在2660，3300，3300nm處處有高強強度K吸吸收帶，在表示示有三個個、四個個和五個個共軛體體系存在在。如果在22603000nm有有中強吸吸收（200011 0000），則表示示有B帶帶吸收，體系中中可能有有苯環存存在。如如果苯

17、環環上有共共軛的生生色基團團存在時時，則可以大大于100 0000。如果在22503000nm有有弱吸收收帶（RR吸收帶帶），則則可能含含有簡單單的非共共軛并含含有n電子的的生色基基團，如如羰基等等。 鑒定的方方法：（1）與與標準物物、標準準譜圖對對照：將將樣品和和標準物物以同一一溶劑配配制相同同濃度溶溶液，并并在同一一條件下下測定，比較光光譜是否否一致。 （22）吸收收波長和和摩爾吸吸收系數數：由于于不同的的化合物物，如果果具有相相同的發發色基團團，也可可能具有有相同的的紫外吸吸收波長長，但是是它們的的摩爾吸吸收系數數是有差差別的。如果樣樣品和標標準物的的吸收波波長相同同，摩爾爾吸收系系數也

18、相相同，可可以認為為樣品和和標準物物是同一一物質。標準曲線線法： 配制一一系列不不同濃度度的標準準溶液，在最佳處處分別測測定標準準溶液的的吸光度度A，然后后以濃度度為橫坐坐標，以以相應的的吸光度度為縱坐坐標繪制制出標準準曲線，在完全全相同的的條件下下測定試試液的吸吸光度，并從標標準曲線線上求得得試液的的濃度。該法適適用于大大批量樣樣品的測測定。 熒光壽命命：去掉激激發光后后，分子子的熒光光強度降降到去掉掉激發光光時熒光光強度II0的1/ee所需要要的時間間，稱為為熒光壽壽命，常常用t表示。如熒光光強度的的衰減符符合指數數衰減的的規律:It=I 0e-ktt。其中中I0是激發發時最大大熒光強強度

19、，IIt是時間間t時的熒熒光強度度，k是衰減減常數。假定在在時間tt時測得得的It為I0的1/ee，則t是我們們定義的的熒光壽壽命。壽命t是是衰減常常數k的倒數數。事實實上，在在瞬間激激發后的的某個時時間，熒熒光強度度達到最最大值，然后熒熒光強度度將按指指數規律律下降。從最大大熒光強強度值后后任一強強度值下下降到其其1/ee所需的的時間都都應等于于t。如果激激發態分分子只以以發射熒熒光的方方式丟失失能量，則熒光光壽命與與熒光發發射速率率的衰減減常數成成反比，熒光發發射速率率即為單單位時間間中發射射的光子子數，因因此有ttF = 1/KF。KF是發射射速率衰衰減常數數。tF表示熒熒光分子子的固有

20、有熒光壽壽命，kkF表示熒熒光發射射速率的的衰減常常數。處于激發發態的分分子，除除了通過過發射熒熒光回到到基態以以外，還還會通過過一些其其它過程程(如淬淬滅和能能量轉移移)回到到基態，其結果果是加快快了激發發態分子子回到基基態的過過程(或或稱退激激過程)，結果果是熒光光壽命降降低。躍遷時間間是躍遷遷頻率的的倒數，而壽命命是指分分子在某某種特定定狀態下下存在的的時間。通過量測測壽命，可以得得到有關關分子結結構和動動力學方方面的信信息。熒光探針針：總的的來說，天然的的熒光生生物分子子種類很很有限，而且熒熒光強度度較弱，為了研研究多數數的不發發光的生生物分子子，人們們廣泛利利用一類類能產生生穩定熒熒

21、光的分分子，把把這些小小分子和和大分子子結合起起來，或或者插入入大分子子中，根根據這些些較小的的熒光分分子性質質的改變變，分析析大分子子的結構構，這類類小分子子稱為熒熒光探針針。基本要求求：a.能產生生穩定的的，較強強的熒光光。 bb.探針針與被研研究分子子的某一一微區必必須有特特異性的的結合，而且結結合得比比較牢固固。C.探針的的熒光必必須對環環境條件件較敏感感。D.結合的的探針不不應影響響被研究究的大分分子的結結構和特特性。核磁共振振氫譜核磁共振振（簡稱稱為NMMR）是是指處于于外磁場場中的物物質原子子核系統統受到相相應頻率率（ 兆兆赫數量量級的射射頻）的的電磁波波作用時時，在其其磁能級級

22、之間發發生的共共振躍遷遷現象。檢測電電磁波被被吸收的的情況就就可以得得到核磁磁共振波波譜。因因此，就就本質而而言，核核磁共振振波譜是是物質與與電磁波波相互作作用而產產生的，屬于吸吸收光譜譜（波譜譜）范疇疇。根據據核磁共共振波譜譜圖上共共振峰的的位置、強度和和精細結結構可以以研究分分子結構構。基本原理理：磁性性核受幅幅射而發發生躍遷遷所形成成的吸收收光譜。 是研究分分子結構構、構型型構象等等的重要要方法。核磁共共振的研研究對象象：磁性性核；磁磁性核：具有磁磁矩的原原子核；磁矩是是由于核核的自旋旋運動產產生的；并非所所有同位位素的原原子核都都具有自自旋運動動；原子子核的自自旋運動動與自旋旋量子數數

23、（I）有關關。自旋量子子數 II值與原原子核的的質量數數A和核電電荷數 Z（質子子數或原原子序數數）有關關。質量數核電荷數數INMR信信號電荷分布布偶數偶數0無均勻偶數奇數1, 22, 33, 有不均勻奇數奇數或偶偶數1/23/2, 5/2, 有有均勻不均勻核磁共振振：在垂直直于B00的方向向加一個個射頻場場B1，其其頻率為為n射，當當E射= hn射 =E時，自自旋核會會吸收射射頻的能能量，由由低能態態躍遷到到高能態態（核自自旋發生生反轉）。磁場強度度與射頻頻頻率成成正比；儀器的的射頻頻頻率越大大，磁場場強度越越大，譜譜圖分辨辨率越高高。產生NMMR條件件：（11）I 0 的自旋旋核；（2）

24、外磁場場 B0 ；（3） 與 BB0 相互互垂直的的射頻場場B1要滿足核核磁共振振條件，可通過過二種方方法來實實現：掃掃頻 固定定磁場強強度，改改變射電電頻率對對樣品掃掃描；掃場 固定定射電頻頻率，改改變磁場場強度對對樣品掃掃描。實實際上多多用后者者。化學位移移的定義義：氫核核由于在在分子中中的化學學環境不不同而在在不同共共振磁場場強度下下顯示吸吸收峰，稱為化化學位移移。 表示方法法：化學位移移的差別別很小，精確測測量十分分困難，并因儀儀器不同同（Boo）而不不同，現現采用相相對數值值。規定：以以四甲基基硅（TTMS）為標準準物質，其化學學位移為為零， 根根據其它它吸收峰峰與零點點的相對對距離

25、來來確定化化學位移移值。選用TMMS(四四甲基硅硅烷)作為標標準物質質的原因因? (1)屏蔽蔽效應強強，共振振信號在在高場區區,絕大大多數吸吸收峰均均出現在在它的左左邊。(2)結構構對稱，是一個個單峰。 (33)容易易回收(b.pp低)，與樣品品不反應應、不締締合。化學位移移用d表示，以前也也用t表示， t與d的關系系為：tt = 10 - d例：在660MHHz的儀儀器上，測得CCHCll3與TMSS間吸收收頻率之之差為4437HHz，則則CHCCl3中1H的化學學位移為為： 3.5 NMRR譜的結結構信息息化學位位移 積分高高度 偶合合常數積分曲線線:1H NNMR譜譜中的峰峰面積 (pe

26、eak areea) 正比于于等價質質子的數數目;用積分分曲線表表示峰面面積。積積分曲線線的高度度與峰面面積成正正比關系系。例：乙醇醇CH3CH2OH 33 組質質子的積積分曲線線高度比比為 33：2：1影響化學學位移的的因素:氫核受受到的屏屏蔽作用用越大，峰越在在高場出出現，越小。誘導效應應；共軛效效應；各向異異性效應應；Vann deer WWaalls效應應；氫鍵效效應和溶溶劑效應應誘導效應應： YYH中Y的電負負性越大大，1HH周圍電電子云密密度越低低，屏蔽蔽效應越越小，越越靠近低低場出峰峰，值值越大。拉電子基基團：去去屏蔽效效應，化化學位移移增大；推電子子基團：屏蔽效效應，化化學位移

27、移減小熱分析技技術掃描電子子顯微鏡鏡掃描電子子顯微鏡鏡的簡稱稱為掃描描電鏡，英文縮縮寫為SSEM (Sccannningg Ellecttronn Miicrooscoope)，是繼繼透射電電子顯微微鏡后發發展起來來的一種種電子顯顯微鏡。SEMM成像原原理與TTEM和和OM不同同，它是是用細聚聚焦的電電子束轟轟擊樣品品表面，通過對對電子與與樣品相相互作用用產生的的各種信信息進行行收集、處理，從而獲獲得微觀觀形貌放放大像。SEM的的主要特特點：儀器分分辨本領領較高。二次電電子像分分辨率達達到710nnm。儀器放放大倍數數變化范范圍大（從幾十十倍到幾幾十萬倍倍），且且連續可可調。圖像景景深大，富有

28、立立體感。可直接接觀察起起伏較大大的粗糙糙表面（如金屬屬和陶瓷瓷斷口等等）。試樣制制備簡單單。只要要將塊狀狀或粉末末狀的、導電或或不導電電的試樣樣不加處處理或稍稍微處理理就可以以直接放放到SEEM中觀觀察。比比TEMM制樣簡簡單且圖圖像更接接近于試試樣的真真實狀態態。可做綜綜合分析析。SEEM上裝裝有WDDX或EDXX后，在在觀察掃掃描形貌貌像的同同時可以以對微區區進行元元素分析析。裝上上半導體體樣品座座，可以以直接觀觀察晶體體管或集集成電路路的p-n結及及器件失失效部位位的情況況。裝上上不同類類型的試試樣臺和和檢測器器可以直直接觀察察處于不不同環境境（加熱熱、冷卻卻、拉伸伸等）中中的試樣樣顯

29、微結結構形態態的動態態變化過過程。電子束與與固體樣樣品相互互作用：作用體體積的大大小與形形狀與入入射電子子束的加加速電壓壓以及材材料的種種類有關關。加速速電壓越越高，作作用體積積越大；原子序序數越大大，作用用體積由由“梨形形”向半半球形轉轉變彈性背散散射電子子被樣樣品中原原子反射射回來的的散射角角大于990的的那些入入射電子子，即方方向發生生改變但但能量基基本不變變。彈性性背散射射電子的的能量為為數千eeV到數數萬eVV。非彈性背背散射電電子進入固固體樣品品后通過過連續散散射改變變運動方方向，最最后又從從樣品表表面發射射出去的的入射電電子，不不僅有運運動方向向的改變變還有能能量的變變化。非非彈

30、性背背散射電電子的能能量范圍圍在數十十eV到數數千eVV。二次電子子被入入射電子子轟擊出出來的核核外電子子，通常常為外層層電子。二次電子子信號主主要來自自樣品表表層510nnm深度度范圍，能量較較低(小于500eV)。二次次電子產產額對于于樣品的的表面狀狀態非常常敏感，采用二二次電子子成像時時能有效效地顯示示試樣表表面的微微觀形貌貌。一個能量量很高的的入射電電子射入入樣品時時，可以以產生很很多的二二次電子子，其中中絕大部部分來源源于價電電子。二二次電子子分辨率率很高，一般可可達到55nm10nnm，SEMM的分辨辨率通常常就是二二次電子子分辨率率。透射電子子當樣樣品厚度度小于電電子有效效穿透深

31、深度時，穿過樣樣品而出出的那些些入射電電子。在入射電電子穿過過樣品的的過程中中，發生生有限次次的彈性性或非彈彈性散射射。在樣樣品下方方檢測到到的透射射電子包包括有能能量與入入射電子子相當的的彈性散散射電子子和各種種不同能能量損失失的非彈彈性散射射電子。有些特征征能量損損失EE的非彈彈性散射射電子與與分析區區域的成成分有關關。因此此，可以以用特征征能量損損失電子子進行微微區成分分分析特征征能量損損失譜（EELLS）特征X射射線原子內內層電子子受到激激發后，在能級級躍遷過過程中直直接釋放放的具有有特征能能量和波波長的一一種電磁磁波。特征X射射線的波波長和原原子序數數之間服服從莫塞塞萊定律律：式中：

32、Z原子序序數；KK、為常數數。原子序數數和特征征能量之之間存在在對應關關系，因因此，利利用這種種對應關關系可以以進行成成分分析析。用X射線線探測器器測到了了樣品微微區中存存在某一一特征波波長，就就可以判判斷該微微區中存存在相應應元素。俄歇電子子原子子內層電電子受到到激發后后，在能能級躍遷遷過程中中釋放出出來的能能量EE使得核核外另一一個電子子電離并并逸出樣樣品表面面，稱為為俄歇電電子。每種原子子都有特特定的能能級，因因此，AAE的能能量也具具有特征征值，一一般在550eVV15500eeV范圍圍內。俄歇電子子來源于于樣品表表面以下下幾個nnm（小小于2nnm），因此只只能進行行表面化化學成分分

33、分析。一個原子子中至少少要有33個以上上電子才才能產生生俄歇效效應，因因此，鈹鈹是產生生俄歇電電子的最最輕元素素。電子光學學系統由電電子槍、電磁透透鏡、掃掃描線圈圈和樣品品室等部部件組成成。其作作用是獲獲得掃描描用電子子束，作作為使樣樣品產生生各種信信號的激激發源。掃描電電子束應應具有較較高的亮亮度和盡盡可能小小的束斑斑直徑，以獲得得較高的的信號強強度和圖圖象分辨辨率。電子槍槍其作作用是利利用陰極極與陽極極燈絲間間的高壓壓產生高高能量的的電子束束。SEEM電子子槍與TTEM相相似，只只是加速速電壓比比較低。下表為為不同電電子槍性性能比較較。類型電子源直徑能量分散散度/eeV總束流/A真空度/P

34、a壽命/hh發夾形熱熱鎢絲LaB66熱陰極極場發射30 m5100 mm5100nm310.310050501.33310022.666 10-41.333 10-41.333 10-8501001000020000電磁透透鏡其作用用是把電電子槍的的束斑縮縮小，由由原來直直徑約550mm縮小到到數nmm的細小小束斑。SEMM一般有有3個聚光光鏡，前前兩個為為強磁透透鏡，用用來縮小小電子束束束斑直直徑。 掃描線線圈其作用用是提供供入射電電子束在在樣品表表面以及及陰極射射線管內內電子束束在熒光光屏上的的同步掃掃描信號號。掃描線圈圈一般放放置在最最后兩個個透鏡之之間，也也有放置置在末級級透鏡的的空間

35、內內，使電電子束在在進入末末級透鏡鏡強磁場場之前就就發生偏偏轉。SEM采采用雙偏偏轉線圈圈以保證證方向一一致的電電子束都都能通過過透鏡中中心射到到樣品表表面上，當電子子束進入入上偏轉轉線圈（x方向行掃）時發生生第一次次折射，然后在在進入下下偏轉線線圈（yy方向幀掃）發生第第二次折折射。在電子束束偏轉同同時還進進行逐行行掃描，電子束束在偏轉轉線圈的的作用下下掃描出出一個長長方形，相應地地在樣品品上畫出出一幀比比例圖像像。如果掃描描電子束束經上偏偏轉線圈圈轉折后后未經下下偏轉線線圈改變變方向，而直接接由末級級透鏡折折射到入入射點位位置，稱稱為角光光柵式掃掃描或搖搖擺掃描描。電子束的的消隱和和截斷是

36、是指將射射到樣品品上的電電子束變變成短脈脈沖，使使其持續續時間比比重復出出現的周周期小。這樣可可以將電電子束產產生的某某種微弱弱信號從從穩態信信號中分分離出來來，或者者可以測測量出短短脈沖電電子束照照射樣品品后信號號的衰減減。真空系統統為保保證電子子光學系系統正常常工作，防止樣樣品污染染提供高高真空度度。一般般，要求求保持1102103Pa。分辨率：對微區區成分分分析而言言，分辨辨率指能能分析的的最小區區域；對對成像而而言，指指能分辨辨的兩點點之間的的最小距距離。影響因因素：束斑直直徑，束斑直直徑越小小，可能能的分辨辨率越高高，但分分辨率不不直接等等于入射射電子束束直徑。調制成成像信號號a、俄

37、歇歇電子和和二次電電子來源于于樣品淺淺表層（俄歇電電子:0.552nnm，二二次電子子：550nnm），入射電電子束尚尚未發生生明顯橫橫向擴展展，可以以認為俄俄歇電子子和二次次電子主主要來源源于直徑徑與束斑斑直徑相相當的圓圓柱體內內。由于于束斑直直徑就是是一個成成像檢測測單元，因此，這種信信號的分分辨率相相當于束束斑直徑徑。通常常，SEEM分辨辨率即指指二次電電子分辨辨率，約約5110nmm。b、背散散射電子子BSEE來來源于樣樣品較深深部位，此時入入射電子子束已經經發生明明顯橫向向擴展。因此，背散射射電子像像的分辨辨率比二二次電子子低，約約502000nm。c、X射線來源源的深度度和廣度度比

38、BSSE更大大，成像像分辨率率更低。其它因因素：原子序序數Z越大大，電子子束橫向向擴展越越明顯，分辨率率下降。b、噪聲聲干擾、磁場和和機械振振動等也也會降低低成像質質量，使使分辨率率下降。信號二次電子子俄歇電子子背散射電電子吸收電子子特征X射射線分辨率/nm510051005022001001000010010000SEM分分辨率可可通過測測定圖像像中兩顆顆粒或區區域間最最小距離離來確定定，即最最小距離離/放大倍倍數分分辨率。目前，SEMM的分辨辨率可以以達到11nm。上述分分辨率為為SEMM極限分分辨率，是在SSEM處處于最佳佳工作狀狀態下的的性能，通常情情況下很很難達到到。景深透鏡鏡對高低

39、低不平的的試樣各各部位同同時聚焦焦成像的的能力范范圍，用用一段距距離表示示。如圖圖示，SSEM束束斑最小小截面圓圓（P點）經經過透鏡鏡聚焦后后成像于于A點，試試樣即放放大成像像于A點所處處像平面面內。景深即試試樣沿透透鏡軸在在A點前后后移動仍仍然聚焦焦的一段段最大距距離。設設1點和2點是在在保持圖圖像清晰晰的前提提下，試試樣表面面移動的的兩個極極限位置置，其間間距離即即景深DDs。實際上電電子束在在1點和2點得到到的是一一個以R0為半徑徑的漫散散圓斑，即SEEM的分分辨率表示示樣品表表面上兩兩間距為為R0的點剛剛能被SSEM鑒鑒別。由由此可見見，只要要樣品表表面高低低起伏（如斷口口試樣）范圍不

40、不超過DDs，在在熒光屏屏上都能能成清晰晰的像。是控制制SEMM景深的的主要因因素，它它取決于于末級透透鏡的光光闌直徑徑和工作作距離。一般，SEMM的末級級透鏡焦焦距很長長，很小，因此DDs很大大，比一一般OMM大10005000倍，比比TEMM大10倍。由于Dss很大，SEMM圖像的的立體感感強，形形態逼真真。用SSEM觀觀察斷口口試樣具具有其它它分析儀儀器無法法比擬的的優點。SEM制制樣簡單單：金屬、陶瓷等等塊狀樣樣品，只只需切割割成合適適尺寸粘粘在樣品品座上即即可。顆粒及及細絲狀狀樣品，先在一一干凈金金屬片上上涂抹導導電涂料料，然后后將粉末末樣品貼貼在上面面，或將將粉末包包埋入樹樹脂材料

41、料中固化化，若樣樣品不導導電，需需噴鍍導導電層。非導電電材料，如塑料料、礦物物等。在在電子束束作用下下產生電電荷堆積積，影響響入射電電子束形形狀和二二次電子子運動軌軌跡，使使圖像質質量下降降，需要要噴鍍導導電層。一般噴噴鍍Auu、Ag、C做導電電膜，厚厚度在220nmm左右。斷口樣樣品對于于實際構構件的斷斷口，表表面可能能存在油油污、銹銹斑、腐腐蝕產物物等。首首先需要要進行宏宏觀分析析，并用用AC紙或或膠帶紙紙干剝幾幾次，或或用丙酮酮、酒精精等有機機溶劑清清洗去除除斷口表表面油污污及附著著物。太太大的斷斷口試樣樣，應先先宏觀分分析確認認能夠反反映斷口口特征的的部位，再切割割下進行行SEMM觀察

42、。表面形貌貌襯度是由由于試樣樣表面形形貌差別別而形成成的襯度度。利用用對表面面形貌變變化敏感感的物理理信號做做顯像管管調制信信號，可可以得到到形貌襯襯度像，如二次次電子像像。二次電子子強度是是試樣表表面傾角角的函數數，而試試樣表面面微區形形貌差別別實際上上就是各各微區表表面相對對于入射射電子束束的傾角角不同。電子束在在試樣表表面掃描描到任何何兩點之之間的形形貌差別別表現為為信號強強度的差差別。信信號強，熒光屏屏上顯示示亮，反反之，則則顯示暗暗，從而而在圖像像中顯示示為形貌貌襯度像像。在SEMM中，二二次電子子檢測器器一般安安放在于于入射束束軸線垂垂直的方方向上。入射束束與試樣樣表面法法線夾角角

43、越大，二次電電子產額額越多。實際樣品品表面并并非光滑滑，表面面微觀凸凸凹不平平決定了了入射電電子束不不同入射射角，從而而導致不不同表面面特征處處SE產額額不同，檢測到到的信號號強度不不同，最最終在顯顯像管上上顯示不不同襯度度。如圖圖示。樣品上33個小刻刻面A、B、C，其中中C AB，在入入射電子子束作用用下相應應的SEE產額issCisAisB，因此，在熒光光屏上CC處最亮亮，A次之，B處最暗暗。實際樣品品表面由由許多小小刻面、尖棱、溝槽、曲面、小顆粒粒等組成成。在尖尖棱、小小顆粒、坑穴邊邊緣部位位，SEE產額比比其它平平面（或或平緩曲曲面）處處高很多多，在掃掃描像上上顯示很很亮；在在溝槽內內

44、壁SEE產額雖然然很高，但真被被檢測到到的SEE很少，因此圖圖像上相相應很暗暗。SE形貌貌襯度像像特點：立體感感強：由由于SEE能量低低，受檢檢測器偏偏壓影響響運動軌軌跡發生生彎曲，致使許許多背對對檢測器器區域產產生的SSE電子子中有相相當一部部分可通通過彎曲曲軌跡到到達檢測測器，增增大了有有效收集集立體角角，SEE信號強強度提高高，圖像像立體感感增強，并能較較清晰反反映出樣樣品背對對檢測器器區域的的細節。最小襯襯度：熒熒光屏上上的亮度度決定于于從樣品品表面得得到的信信號強度度，當相相鄰區域域信號強強度差別別太小時時，人眼眼無法分分辨最小襯襯度。最最小襯度度的存在在限制了了分辨率率，同時時與樣

45、品品處的信信噪比有有關。一一般，樣樣品處的的襯度必必須大于于噪聲與與信號比比的5倍，人人眼才能能分辨。電子探針針X射線顯顯微分析析（EPPMA）特點：分析手手段簡化化，分析析時間縮縮短；所需樣樣品少，是一種種無損分分析方法法；釋譜簡簡單且不不受元素素化合狀狀態的影影響。EPMAA是一種種顯微分分析和成成分分析析相結合合的微區區分析，特別適適用于分分析樣品品中微小小區域的的化學成成分，是是研究材材料組織織結構和和元素分分布狀態態的極為為有用的的分析方方法。EPMAA利用一一束聚焦焦很細且且被加速速到35keeV的電電子束轟轟擊樣品品上用顯顯微鏡選選定的待待分析的的“點”，利用用高能電電子與固固體

46、相互互作用激激發出的的特征XX射線波波長和強強度的不不同來確確定分析析區域中中的化學學成分。EPMMA可以以很方便便的分析析從4Be到92U之間的的元素。EPMAA在結構構上與SSEM相相似，只只是在檢檢測器部部分使用用的是XX射線譜譜儀。常常用的譜譜儀有兩兩種：利利用X射線波波長不同同來展譜譜XX射線波波譜儀(WDSS)；利利用特征征X射線能能量不同同展譜X射射線能譜譜儀(EEDS)。WDS結結構與工工作原理理：WDSS由譜儀儀、記錄錄和數據據處理系系統組成成，其譜譜儀系統統也即XX射線的的分光和和探測系系統是由由分光晶晶體、XX射線探探測器和和相應機機械傳動動裝置構構成。在EPMMA中，X

47、射線由由樣品表表面以下下m數量量級作用用體積中中激發出出來的。若樣品品由多種種元素構構成，則則可激發發相應特特征X射線照照射到分分光晶體體上實現現分光，即不同同波長的的X射線在在各自滿滿足布拉拉格方程程的角度度上被（與分光光晶體以以2：1角速度度同步轉轉動的）檢測器器接收。X射線的的分光和和探測原原理分光：將分光光晶體適適當彎曲曲，并使使彎晶表表面與入入射源、檢測窗窗口位于于同一圓圓周（聚聚焦圓或或羅蘭圓圓）上，就可以以實現對對衍射束束的聚焦焦。此時時分光晶晶體只收收集一種種波長的的X射線，提高了了衍射線線強度。X射線聚聚焦方法法。a、約翰翰型不完完全聚焦焦法（JJohaann型型）將分光晶晶

48、體彎曲曲使其中中心部分分曲率半半徑恰好好等于聚聚焦圓半半徑的22倍。當當X射線源源S發出X射線時時，晶體體內表面面上任意意A、B、C三點接接收的XX射線入入射角相相同，三三點的衍衍射線在在D處聚焦焦。由于于只有表表面中心心部分BB位于聚聚焦圓上上，三點點的衍射射線并不不聚焦于于一點上上，即只只有B能能聚焦在在D點。這這種聚焦焦方式是是一種近近似聚焦焦方式。優點：波波長（能能量）分分辨率很很高缺點：由于結結構特點點，譜儀儀要有足足夠的色色散率則則聚焦圓圓半徑要要足夠大大，分光光晶體離離光源距距離變大大，使得得X射線信信號的收收集率下下降，利利用率極極低。對X射線的的收集需需經過分分光晶體體衍射，

49、使得強強度損失失很大，譜儀難難以在低低束流和和低激發發強度下下使用。EDS結結構：EDSS主要有有探測器器、前置置放大器器、脈沖沖信號處處理系統統、多道道分析器器、小型型計算機機及顯示示系統組組成。實實際上是是一套復復雜的電電子儀器器。工作原理理：各種特特征能量量的X光子經經鈹窗進進入Sii(Lii)內，在I區產生生電子空穴對對。每產產生一對對電子空穴對對需要33.8eeV的能能量，因因此能量量為E的X光子可可以產生生的電子子空穴穴對的數數目NE/33.8。將電子空穴對對收集起起來，每每射入一一個光子子，探測測器輸出出一個微微小的脈脈沖，其其高度正正比于入入射光子子能量EE。脈沖沖經前置置放大

50、、信號處處理單元元和模數數轉換器器處理后后以時鐘鐘脈沖的的形式進進入多道道分析器器，按照照脈沖幅幅度的大大小進行行分類、累計，最終以以X射光子子線計數數（強度度）為縱縱坐標，以X光子能能量為橫橫坐標顯顯示在顯顯像管熒熒光屏上上XX射線能能譜。EDS優優點：分析速速度快EDDS可以以同時接接收和檢檢測所有有不同能能量的XX光子信信號，在在幾分鐘鐘內即可可分析和和確定樣樣品中含含有的所所有元素素。靈敏度度高，XX射線收收集立體體角大Sii(Lii)探頭頭可以放放置在離離發射源源很近（10ccm），無需經經過晶體體衍射，信號強強度幾乎乎沒有損損失，因因此靈敏敏度高，而且可可以在低低束流下下工作，有利

51、于于提高空空間分辨辨率。譜線重重復性好好EEDS沒沒有運動動部件，穩定性性好，且且沒有聚聚焦要求求，因此此譜線重重復性好好且不存存在失焦焦問題，適合粗粗糙表面的的分析。EDS缺缺點：能量分分辨率低低，峰背背比低 由由于EDDS探頭頭直接對對著樣品品，在接接收特征征X光子的的同時也也將背散散射電子子或X射線激激發產生生的熒光光X射線一一起接收收，使得得特征XX射線信信號強度度提高的的同時，背底也也相應提提高，譜譜線重疊疊嚴重，譜儀分分辨不同同能量的的特征XX射線能能力變差差。EDDS能量量分辨率率約1330eVV，比WDDS的5eVV低很多多。工作條條件嚴苛苛SSi(LLi)探探頭必須須始終保保

52、持在液液氮冷卻卻的低溫溫狀態，即使不不工作也也不能中中斷，否否則晶體體內Lii的濃度度分布狀狀態就會會因為擴擴散而變變化，導導致探頭頭功能下下降甚至至完全破破壞。WDS和和EDSS比較:波譜儀儀優點：分析的的元素范范圍廣、探測極極限小、分辨率率高，適適于精確確的定量量分析；缺點：試樣表表面要平平整光滑滑，分析析速度慢慢，需要要較大的的束流，容易引引起樣品品和鏡筒筒的污染染。EDS在在分析元元素范圍圍、探測測極限、分辨率率等方面面不如WWDS，但其分分析速度度快，可可選用較較小束流流和微細細的電子子束，對對試樣表表面要求求不如WWDS嚴嚴格，特特別適合合于與SSEM配配合使用用。目前SEEM和E

53、PMMA可同同時配用用WDSS和EDSS，構成成SEMMWDDSEEDS系系統，使使兩種譜譜儀優勢勢互補。透射電鏡鏡分析與光學顯顯微鏡的的比較:光學顯顯微鏡的的分辨率率不可能能高于2200nnm，限限制因素素是光波波的波長長；加速速電壓為為1000 KVV的電子子束的波波長是00.00037nnm。最最小分辨辨率可達達0.0002nnm左右右，因此此，電子子波的波波長不是是分辨率率的限制制因素。球差和和色差是是分辨率率的主要要限制因因素；透射電電鏡可以以獲得很很高的放放大倍數數1500萬倍。可以獲獲得原子子象。真空部分分：為了保保證電子子運動，減少與與空氣分分子的碰碰撞，因因此所有有裝置必必須

54、在真真空系統統中，一一般真空空度為1102104Pa。利利用場發發射電子子槍時，其真空空度應在在106108Pa左右右。可采用機機械泵，油擴散散泵，分分子泵等等來實現現。目的：延延長電子子槍的壽壽命，增增加電子子的自由由程，減減少電子子與殘余余氣體分分子碰撞撞所引起起的散射射以及減減少樣品品污染。新型電電鏡均采采用機械械泵，分分子泵系系統。樣品制備備：透射電電子顯微微鏡利用用穿透樣樣品的電電子束成成像，這這就要求求被觀察察的樣品品對入射射電子束束是“透明”的。電電子束穿穿透固體體樣品的的能力主主要取決決于加速速電壓和和樣品的的物質原原子序數數。一般來說說，加速速電壓越越高，樣樣品原子子序數越越

55、低，電電子束可可以穿透透樣品的的厚度就就越大。對于透射射電鏡常常用的加加速電壓壓1000KV，如果樣樣品是金金屬其平平均原子子序數在在Cr的原子子附近，因此適適宜的樣樣品厚度度約2000納米米。對于塊體體樣品表表面復型型技術和和樣品減減薄技術術是制備備的主要要方法；對于粉粉體樣品品，可以以采用超超聲波分分散的方方法制備備樣品；對于液液體樣品品或分散散樣品可可以直接接滴加在在Cu網上上。制備復型型的材料料特點：本身必必須是“無結構構”的（或或“非晶體體”的），也就是是說，為為了不干干擾對復復制表面面形貌的的觀察，要求復復型材料料即使在在高倍（如十萬萬倍）成成像時，也不顯顯示其本本身的任任何結構構

56、細節。必須對電電子束足足夠透明明（物質質原子序序數低）； 必必須具有有足夠的的強度和和剛度，在復制制過程中中不致破破裂或畸畸變； 必須具具有良好好的導電電性，耐耐電子束束轟擊； 最好好是分子子尺寸較較小的物物質-分辨辨率較高高。塑料碳碳二級復復型特點點是：在在樣品制制備過程程中不損損壞樣品品表面，重復性性好，導導熱性好好。制備方法法：在樣品品表面滴滴上一滴滴丙酮，然后用用AC紙貼貼在樣品品表面，不留氣氣泡，待待干后取取下。反反復多次次清除樣樣品表面面的腐蝕蝕物以及及污染物物。最后后一張AAC紙就就是需要要的塑料料一級復復型。把復型紙紙的復型型面朝上上固定在在襯紙上上。利用用真空鍍鍍膜的方方法蒸

57、鍍鍍上重金金屬，最最后再蒸蒸鍍上一一層碳，獲得復復合復型型。將復合復復型剪成成直徑33mm的的小片，放置到到丙酮溶溶液中，待醋酸酸纖維素素溶解后后，用銅銅網將碳碳膜撈起起。經干干燥后，樣品就就可以進進行分析析了。電子衍射射原理：當波長長為l 的單色色平面電電子波以以入射角角q照射到到晶面間間距為dd的平行行晶面組組時，各各個晶面面的散射射波干涉涉加強的的條件是是滿足布布拉格關關系：22dsiinq =nnl入射電子子束照射射到晶體體上，一一部分透透射出去去，一部部分使晶晶面間距距為d的晶面面發生衍衍射，產產生衍射射束。 當一電子子束照射射在單晶晶體薄膜膜上時，透射束束穿過薄薄膜到達達感光相相紙

58、上形形成中間間亮斑；衍射束束則偏離離透射束束形成有有規則的的衍射斑斑點對于多晶晶體而言言，由于于晶粒數數目極大大且晶面面位向在在空間任任意分布布，多晶晶體的倒倒易點陣陣將變成成倒易球球。倒易易球與愛愛瓦爾德德球相交交后在相相紙上的的投影將將成為一一個個同同心圓。電子衍射射結果實實際上是是得到了了被測晶晶體的倒倒易點陣陣花樣，對它們們進行倒倒易反變變換從理理論上講講就可知知道其正正點陣的的情況電子子衍射花花樣的標標定。Rd=LL。其中中R為衍射射斑點與與透射斑斑點的距距離。dd為晶面面的晶面面間距，為入射射電子波波的波長長，L為為樣品到到底片的的距離。可以用用于相機機常數的的測定，一般用用金來進進行標定定。X射線衍衍射分析析倫琴發現現X射線線；勞埃埃發展了了X射線線的衍射射理論，奠定了了勞埃作作為射線線衍射學學的開拓拓者的歷歷史地位位。布拉拉格定律律：n=2dd siin（=波長長 =入射射角 d=晶晶面間距距）；莫莫塞萊