1、2004.22004.2q概述概述 （3 3 學時）學時）qX X射線衍射分析射線衍射分析 （6 6 + + 6 6 學時）學時）q熱分析、色譜、紅外光譜熱分析、色譜、紅外光譜 （3 3 學時）學時）q原子發射、原子吸收、熒光光譜（原子發射、原子吸收、熒光光譜（3 3 學時）學時）q熱分析、原子吸收、壓汞、等溫吸附實驗（熱分析、原子吸收、壓汞、等溫吸附實驗（3 3 學時）學時）q現代分析測試技術綜合評價現代分析測試技術綜合評價 （3 3 學時）學時）q超顯微分析技術及超顯微分析技術及SEMSEM實驗實驗 （3 + 3 + 3 3 學時）學時）q成分分析技術及成分分析技術及EDXEDX、WDXW

2、DX實驗實驗 （3 + 3 + 3 3 學時）學時）q結構分析技術及結構分析技術及TEMTEM實驗（實驗（3 + 3 + 3 3 學時）學時）q現代儀器分析實驗與技術現代儀器分析實驗與技術 陳培榕等陳培榕等 清華大學出版社清華大學出版社q納米材料分析納米材料分析 黃惠忠等黃惠忠等 化學工業出版社化學工業出版社q表面分析表面分析 華中一等華中一等 復旦大學出版社復旦大學出版社q表面分析技術表面分析技術 陸家和等陸家和等 電子工業出版社電子工業出版社q掃描隧道顯微術及應用掃描隧道顯微術及應用 白春禮等白春禮等 上海科技出版社上海科技出版社q材料分析測試技術材料分析測試技術 周周 玉等玉等 哈爾濱工

3、業大學出版社哈爾濱工業大學出版社q儀器分析儀器分析 鄧鄧 勃等勃等 清華大學出版社清華大學出版社q分子光譜學專論分子光譜學專論 吳征鎧等吳征鎧等 山東科技大學出版社山東科技大學出版社qhttp:/www.jeol.co.jp/http:/www.jeol.co.jp/qhttp:/www.ntmdt.ru/http:/www.ntmdt.ru/qhttp:/www.shimadzu.co.jp/http:/www.shimadzu.co.jp/q開放實驗室、理化檢測中心開放實驗室、理化檢測中心q科技期刊（光譜分析、質譜分析、電子顯微學報及專業期刊）科技期刊（光譜分析、質譜分析、電子顯微學報及專

4、業期刊） 利用電子束、離子利用電子束、離子束、光子束或中性束、光子束或中性粒子等為探束粒子等為探束氣、液、固態樣品氣、液、固態樣品（微量及痕量）（微量及痕量）圖像、譜圖、數據圖像、譜圖、數據及綜合報告及綜合報告表面或表面或體相體相電子電子電場電場離子離子熱熱光子光子聲波聲波分子分子磁場磁場信號來源區域信號來源區域圖像分辨率圖像分辨率分析儀器靈敏度分析儀器靈敏度表表面面檢檢測測表表層層檢檢測測體體相相檢檢測測微微區區檢檢測測微微米米級級納納米米級級原原子子級級體體相相檢檢出出限限低低體體相相檢檢出出限限中中體體相相檢檢出出限限高高XPS XPS AES AES SPMSPMSIMSSIMSISS

5、ISSLEEDLEEDSEM SEM EPA EPA XRFXRFRHEEDRHEEDTEM TEM XRDXRD MS MS IR IR LR LR AASAAS ICP-AESICP-AES EPA EPA AESAESXPSXPSSPM SPM TEMTEMFIMFIMSEM SEM AESAESFEMFEMEPA EPA XPS XPS XRFXRFAAS AAS ICP-ICP-AESAESEPA EPA XRFXRF LRLRXRD XRD IRIR MSMS常用分析測試技術及特性常用分析測試技術及特性儀儀器器的的必必需需配配置置分析方法原理分析方法原理儀器結構及發展儀器結構及發展

6、重要實驗技術重要實驗技術聯用技術聯用技術儀器儀器基本基本配置配置分析儀器分析儀器心臟心臟基本基本定值定值保證保證變量變量（檢測）跟蹤（檢測）跟蹤qAASAAS：基于被測元素基于被測元素基態原子基態原子在在蒸氣狀態蒸氣狀態對對其原子共振輻其原子共振輻射射的的吸收吸收定量研究原子受激吸收躍遷過程；定量研究原子受激吸收躍遷過程；qIRIR：研究分子中原子的相對振動研究分子中原子的相對振動化學鍵的振動，不同的化學鍵的振動，不同的化學鍵或官能團，其振動能級從基態躍遷到激發態所需的化學鍵或官能團，其振動能級從基態躍遷到激發態所需的能量不同能量不同吸收不同波長的紅外光吸收不同波長的紅外光不同波長出現吸收峰；

7、不同波長出現吸收峰；qMSMS：通過對通過對樣品離子樣品離子的的質荷比分析質荷比分析來實現對樣品進行定性來實現對樣品進行定性和定量分析；和定量分析；qXPSXPS光電子發射公式：光電子發射公式：E Ek k = h- E = h- Eb b s sqXRDXRDX X射線的衍射：射線的衍射：2 2dSin=ndSin=nqXRFXRF莫塞萊定律：莫塞萊定律：=P=P（Z-Z-）-2-2Z Z 22X X射線管射線管探測器探測器放放大大器器記錄記錄系統系統22濾光片濾光片準直器準直器晶體試樣晶體試樣狹縫狹縫測角儀測角儀q主要性能指標：主要性能指標：分辨率分辨率；靈敏度；靈敏度檢出限檢出限；q操作

8、流程框圖操作流程框圖：關鍵部件；：關鍵部件；q儀器主要發展方向：儀器主要發展方向：主要指標的發展主要指標的發展；應用的需要應用的需要；試樣蒸發試樣蒸發原子化原子化激發激發電感耦合高頻電感耦合高頻等離子體等離子體電弧電弧火焰火焰火花火花 直流直流等離子體等離子體微波誘導微波誘導等離子體等離子體分光分光衍射光柵衍射光柵棱鏡棱鏡光譜檢測光譜檢測固體檢測器固體檢測器照相干板照相干板光電倍增管光電倍增管q溶液試樣；溶液試樣；多元素同時測定多元素同時測定計算數據計算數據+ +實驗修正；實驗修正；q測定不同濃度級元素測定不同濃度級元素從痕量到常量從痕量到常量；q最能發揮其優勢的領域：地質、最能發揮其優勢的領

9、域：地質、環保、醫藥、臨床、農業、食品環保、醫藥、臨床、農業、食品；電感耦合等離子體電感耦合等離子體多道固定狹縫式光路（經典光源）多道固定狹縫式光路（經典光源）：出射狹縫：出射狹縫+ +光電倍增管光電倍增管構成一個波長的固定通道；構成一個波長的固定通道；單道掃描式光路（單道掃描式光路（ICPICP）：“通道移動通道移動”出射狹縫在光譜儀焦面上掃描（轉動光出射狹縫在光譜儀焦面上掃描（轉動光柵柵 ）；）；安裝多個（可達安裝多個（可達70個）固定通道，接個）固定通道，接收多種元素的譜線收多種元素的譜線采用采用光柵分光光柵分光CCDCCD檢測器檢測器系統，光線經光柵色散后聚焦在探測單元的硅片表面，檢系

10、統，光線經光柵色散后聚焦在探測單元的硅片表面，檢測器將光信號轉換成電信號，經計算機進行快速高效處理得出分析結果；由軟件自測器將光信號轉換成電信號，經計算機進行快速高效處理得出分析結果；由軟件自動選擇預測元素的譜線，增加不同的軟件可實現多種基體材料分析。動選擇預測元素的譜線，增加不同的軟件可實現多種基體材料分析。探測單元探測單元硅片硅片 樣品樣品放大器放大器譜線記錄儀譜線記錄儀用液氮冷用液氮冷卻的容器卻的容器X射線射線場效應晶體管場效應晶體管 前置放大器前置放大器Si(Li)探測器探測器入射粒子束入射粒子束離子源離子源1 12 23 34 45 5電子槍電子槍 q儀器靈敏度：信噪比儀器靈敏度：信

11、噪比筒鏡分析器筒鏡分析器，分析時間；電子槍，分析時間；電子槍IpIp數量級數量級，束斑直徑，束斑直徑AESAES好于好于SAMSAM；譜線重疊；樣品污染；譜線重疊；樣品污染；q儀器分辨率：儀器分辨率：能量分辨率能量分辨率CMACMA；空間分辨率空間分辨率電子槍；電子槍；厚度厚度分辨率分辨率AugerAuger電子能量；電子能量；q定性分析：定性分析：檢測特征量檢測特征量；分析依據；譜圖特點；分析依據；譜圖特點；q定量分析：定量分析：分析步驟分析步驟；定量分析依據；標準樣品要求；定量分析依據；標準樣品要求；q微區分析：微區分析：微區分析的實現方法微區分析的實現方法；微區；微區“體積體積”；q深度

12、分析：破壞、非破壞；深度分析：破壞、非破壞；深度深度“范圍范圍”；q制備標準溶液及試樣溶液制備標準溶液及試樣溶液：標準儲備液；低標準液：標準儲備液；低標準液高標準液；高標準液；q儀器分光系統校正儀器分光系統校正：汞燈校正；：汞燈校正；q標準液噴霧進樣標準液噴霧進樣預標準化預標準化；選擇分析線；選擇分析線用待測元素的標準溶液和空白用待測元素的標準溶液和空白溶液在各波長處進行掃描溶液在各波長處進行掃描, ,得到這些元素在這些波長處的掃描輪廓圖，計算得到這些元素在這些波長處的掃描輪廓圖，計算機貯存這些圖譜，并可將它們同時顯示。根據譜線及背景的輪廓和強度值，機貯存這些圖譜，并可將它們同時顯示。根據譜線

13、及背景的輪廓和強度值，選擇合適的分析線、設置背景校正位置。選擇合適的分析線、設置背景校正位置。q校準曲線繪制：校準曲線繪制：根據系列標準溶液數據作出各標準的校準曲線；根據系列標準溶液數據作出各標準的校準曲線；q試樣溶液噴霧進樣：試樣溶液噴霧進樣：q根據標準曲線，求出樣品中各元素濃度；測量范圍根據標準曲線，求出樣品中各元素濃度；測量范圍；q回收實驗回收實驗：考查測定結果的準確性：考查測定結果的準確性在樣品中加入標準溶液在樣品中加入標準溶液, ,按上述方法及按上述方法及條件對樣品進行測定，條件對樣品進行測定，qXPS+AES+SIMS+ISS+LEED+RHEEDXPS+AES+SIMS+ISS+

14、LEED+RHEEDqAFM+STMAFM+STMqSEM+TEM+EPMASEM+TEM+EPMAqXRF/IR/LR+OM XRF/IR/LR+OM qGC/LC/CE+IRGC/LC/CE+IRqGC/LC/CE+MSGC/LC/CE+MSqIR+MSIR+MSqLR+IRLR+IR為什麼聯用為什麼聯用儀器共用組件及接口儀器共用組件及接口強強結合強強結合/ /互補互補組合后優勢分析領域組合后優勢分析領域q分析及測試性能評價分析及測試性能評價“縱向比較縱向比較”：顯微分析；表面分析；：顯微分析；表面分析；組分分析；組分分析；q技術發展狀況及前景評價技術發展狀況及前景評價“應用比較應用比較”

15、：微樣分析；微區：微樣分析；微區分析；多元化分析（聯用、在線、遙測技術）；分析；多元化分析（聯用、在線、遙測技術）；q分析結果保障體系分析結果保障體系“質量保證質量保證”：國家標準；行業標準；：國家標準；行業標準；定性分析準確度；定量分析精度；定性分析準確度；定量分析精度；q圖像分辯能力圖像分辯能力：信號來源區域、放大倍數、分辨率；：信號來源區域、放大倍數、分辨率；q成像原理成像原理：圖像獲得方法、變倍操作、分析尺度范圍；：圖像獲得方法、變倍操作、分析尺度范圍；q圖像分析方法圖像分析方法：圖像分類、襯度原理、圖像與實空間對應；：圖像分類、襯度原理、圖像與實空間對應；q特殊功能特殊功能：晶體結構

16、分析；三維空間定量；化學元素微區：晶體結構分析；三維空間定量；化學元素微區分析功能；加工工具；分析功能；加工工具；q檢出限檢出限：表面靈敏度；體相靈敏度；：表面靈敏度；體相靈敏度；q分析空間分析空間：橫向分辨率；縱向分辨率；：橫向分辨率；縱向分辨率；q分析基本原理分析基本原理：檢測的物理量；定性、定量：檢測的物理量；定性、定量 分析依據；分析依據；q圖譜解析方法圖譜解析方法：縱坐標、橫坐標、峰值物理意義；試樣要求：縱坐標、橫坐標、峰值物理意義；試樣要求及適應領域：試樣狀態；要求；制備方法；標準樣品；及適應領域：試樣狀態；要求；制備方法；標準樣品；XRFEPMASIMSXPSAESISSTXRF

17、H H離子離子H H電子電子H HX X光子光子俄歇電子能譜俄歇電子能譜X X射線光電子能譜射線光電子能譜離子散射譜離子散射譜次級離子質譜次級離子質譜電子探針電子探針全反射全反射X X射線熒光光譜射線熒光光譜表面元素組成表面元素組成表面元素化學態表面元素化學態元素在表面的橫向分布元素在表面的橫向分布元素在表層的縱向分布元素在表層的縱向分布表面化合物及分子結構表面化合物及分子結構檢測全部元素檢測全部元素q微區分析技術主要發展途徑：微區分析技術主要發展途徑：激發源的精確控制激發源的精確控制電子束電子束掃描、控制光闌；掃描、控制光闌；D DXRFXRF D DXPSXPS D DEPMAEPMA D

18、 DAESAES（SAMSAM）；q微樣分析技術主要發展途徑：微樣分析技術主要發展途徑：全反射技術、表面增強技術全反射技術、表面增強技術；痕量及超痕量分析痕量及超痕量分析IRIR、TXRFTXRF、RAMANRAMAN；現現代代分分析析譜譜儀儀 線分析條件設定線分析條件設定q毛細管技術毛細管技術：微量樣品及對空氣敏感的樣品微量樣品及對空氣敏感的樣品將其置于直徑為將其置于直徑為 0.3 0.3 mmmm等尺寸的玻璃毛細管中。當高強度的等尺寸的玻璃毛細管中。當高強度的X X光束照射到毛細管樣品上時，相對光束照射到毛細管樣品上時，相對于常規的平板狀樣品來說，隨于常規的平板狀樣品來說，隨毛細管自轉的樣

19、品毛細管自轉的樣品的所有的晶粒均貢獻衍的所有的晶粒均貢獻衍射信息。射信息。q微區分析技術微區分析技術：探測小到：探測小到5050微米的微小區域微米的微小區域的衍射信息；的衍射信息；全反射準直全反射準直器及最小準直器技術器及最小準直器技術；用；用XYZXYZ三軸自動樣品平臺和三軸自動樣品平臺和激光激光/ /視頻對光系統視頻對光系統使使樣品對光及定位非常簡單樣品對光及定位非常簡單q二維探測器技術二維探測器技術；X X射線衍射強度極低射線衍射強度極低一般僅有少數幾個晶粒對散射一般僅有少數幾個晶粒對散射有貢獻有貢獻得拜環不連貫；二維探測器可探測到得拜環不連貫；二維探測器可探測到不均勻衍射斑或整個得拜不

20、均勻衍射斑或整個得拜環，環，沿得拜環對強度數據進行積分可有效地修正這些因素的影響，獲得沿得拜環對強度數據進行積分可有效地修正這些因素的影響，獲得精確的衍射圖象，從而為進一步的分析提供準確的數據；精確的衍射圖象，從而為進一步的分析提供準確的數據； DetectorSampleSampleSampleDetectorMIR: Multiple Internal Reflectance( (多重內反射）多重內反射）qATR Liquid CellATR Liquid CellSampleSampleDetectorCuboid Crystal Perfect for aqueous solution

21、Perfect for aqueous solutionDetectorPowder sample with KBrPowder sample with KBr單單 色色 儀儀氨氨激激光光器器激發光纖激發光纖 收集光纖收集光纖光光電電倍倍增增管管聚光系統聚光系統SERSSERS探頭探頭q同步輻射源技術同步輻射源技術: :SRSR光源光源強度提高幾個數量級強度提高幾個數量級、波長可以連續調節波長可以連續調節痕量痕量元素分析和微探針分析；元素分析和微探針分析；q高能量分辨率超導檢出器：高能量分辨率超導檢出器：3 3 eVeV能量分辨率微熱量計能量分辨率微熱量計由超導溫度計構由超導溫度計構成的微熱量

22、計可成的微熱量計可將將X X射線的能量轉化為熱射線的能量轉化為熱，通過，通過測量檢出器的溫度可以確測量檢出器的溫度可以確定光子的能量定光子的能量，從而進行能量分布測量；，從而進行能量分布測量；NISTNIST已研制出能量分辨率為已研制出能量分辨率為3 34 4 eVeV的微熱量計，遠遠超過了目前用于能量色散的半導體探測器。通過的微熱量計，遠遠超過了目前用于能量色散的半導體探測器。通過進一步研究，微熱量計的能量分辨率可望達到進一步研究，微熱量計的能量分辨率可望達到0.50.51 1 eVeV美國國家標準美國國家標準技術研究院技術研究院( (NIST)NIST) ；q微探針技術：微探針技術：199

23、71997年美國發往火星的探索者號宇宙飛船上，裝載了一臺年美國發往火星的探索者號宇宙飛船上，裝載了一臺輕便的輕便的質子質子X X射線光譜儀，該儀器僅重射線光譜儀，該儀器僅重570 570 g g，采用采用244244CmCm為為和質子輻和質子輻射激發源以及射激發源以及Si-PINSi-PIN檢出器。利用該儀器分析了火星上的土壤和巖石樣檢出器。利用該儀器分析了火星上的土壤和巖石樣品，結果表明火星表面的組成與地球地殼的平均組成很接近。品，結果表明火星表面的組成與地球地殼的平均組成很接近。q靈敏度高：檢出限低至靈敏度高：檢出限低至1010-9-91010-12-12 g g；q樣品用量少：測量樣品用

24、量少：測量w w為為1010-6-6水平水平的元素，取微升級或微克級樣品量即可；的元素，取微升級或微克級樣品量即可；q定量分析很簡單：定量分析很簡單：加入單個內標元素就可對所有共存元素進行定量測定加入單個內標元素就可對所有共存元素進行定量測定；q無基體效應：用樣品量極少無基體效應：用樣品量極少( (g,Lg,L量級量級) )，可消除基體增強和減弱效應。，可消除基體增強和減弱效應。q溶液樣品制樣簡單：溶液樣品制樣簡單：定量吸取微升級溶液定量吸取微升級溶液滴于反射體上烘干；滴于反射體上烘干；qTXRFTXRF也是也是對半導體硅片表面雜質對半導體硅片表面雜質進行非破壞分析的理想技術；進行非破壞分析的

25、理想技術；q數據來源空間數據來源空間q儀器分辨率儀器分辨率q儀器檢出限儀器檢出限q對樣品的要求對樣品的要求q樣品用量樣品用量q檢測誤差檢測誤差q砷砷：指甲、毛發為體內砷的貯留和排泄器官：指甲、毛發為體內砷的貯留和排泄器官根據人平均量根據人平均量對比，診斷砷中毒對比，診斷砷中毒；適合慢性中毒分析；適合慢性中毒分析環境污染、長期投環境污染、長期投毒、化學藥品中毒；毒、化學藥品中毒；q汞汞：頭發汞的濃度常作為測定環境污染程度的有效指標；頭：頭發汞的濃度常作為測定環境污染程度的有效指標；頭發具有排泄功能，排出的汞發具有排泄功能，排出的汞 隨頭發的生長而保存隨頭發的生長而保存判斷體內判斷體內攝取的時間進

26、程攝取的時間進程；q鉛鉛：毛發的鉛含量是：毛發的鉛含量是推測接觸鉛的量推測接觸鉛的量和身體負荷量的簡易、和身體負荷量的簡易、方便的指標；方便的指標；中國人、日本人的食物鏈模式：中國人、日本人的食物鏈模式： 土壤土壤大米、小麥大米、小麥骨骼骨骼歐、美人的食物鏈模式：歐、美人的食物鏈模式： 土壤土壤骨骼骨骼牧草牧草牛奶牛奶飲食習慣的差異導致體內元素濃度相差近十倍飲食習慣的差異導致體內元素濃度相差近十倍原子發射光譜技術原子發射光譜技術原子吸收光譜技術原子吸收光譜技術X X射線光電子射線光電子/ /俄歇電子俄歇電子 能譜分析技術能譜分析技術X X射線熒光光譜技術射線熒光光譜技術電子探針技術電子探針技術

27、q分析測試方式的特點：分析測試方式的特點：抽樣檢驗抽樣檢驗通過通過“樣本樣本”了解和獲得相關分析總了解和獲得相關分析總體的定性、定量、形態和結構等信息體的定性、定量、形態和結構等信息 ；直接分析；直接分析；q技術應用要點：以科學合理的方法抽樣和取樣技術應用要點：以科學合理的方法抽樣和取樣有足夠的代表性；有足夠的代表性；分析測試過程中實施分析的質量控制分析測試過程中實施分析的質量控制異常值的判斷和處理異常值的判斷和處理；測定精確；測定精確度的評定；準確度的檢查；遵循科學的推斷方法推斷總體特性度的評定；準確度的檢查；遵循科學的推斷方法推斷總體特性測定測定值是隨機變量值是隨機變量以概率取值，大量重復實驗中的測試值具有統計規律以概率取值，大量重復實驗中的測試值具有統計規律