Máy quang phổ năng lượng quét (EDS) là một công cụ quan trọng để thực hiện phân tích thành phần nguyên tố dựa trên sự tương tác giữa chùm electron và mẫu, các nguyên tắc và ứng dụng có thể được quy nạp như sau:

Nguyên lý

Nguyên lý cốt lõi của EDS là sử dụng chùm electron để bắn phá bề mặt mẫu, kích thích sự chuyển tiếp electron trong lớp nguyên tử mẫu, tạo ra tia X đặc trưng. Cấu trúc mức năng lượng điện tử bên ngoài hạt nhân của các nguyên tố khác nhau là khác nhau và năng lượng tia X được giải phóng trong quá trình chuyển đổi có tính chất (tức là năng lượng đặc trưng), phân tích định tính của các nguyên tố có thể đạt được bằng cách phát hiện sự phân bố năng lượng của các tia X này; Và cường độ của tia X có liên quan đến hàm lượng nguyên tố, kết hợp với hiệu chỉnh mẫu tiêu chuẩn, phân tích bán định lượng có thể được hoàn thành hơn nữa. Quá trình cụ thể là: Sau khi photon tia X đi vào máy dò, cặp electron-hole được kích thích trong tinh thể silicon (Si), với số lượng tỷ lệ thuận với năng lượng của photon. Bằng cách thu thập các tín hiệu điện tích này và chuyển đổi chúng thành xung điện áp, được phân loại bởi nhiều máy phân tích, cuối cùng tạo ra phổ phân tán năng lượng (phổ EDS), xác định loại nguyên tố và hàm lượng tương đối trong mẫu.

Ứng dụng

Khoa học vật liệu: EDS có thể phân tích sự phân bố thành phần vi mô của kim loại, gốm sứ, polymer và các vật liệu khác, chẳng hạn như phát hiện phân biệt nguyên tố tại ranh giới tinh thể kim loại, pha tạp chất trong vật liệu gốm hoặc phân bố chất độn trong vật liệu composite polymer.

Phân tích thất bại: Nguyên nhân thất bại được tiết lộ bằng cách xác định sự bất thường của nguyên tố trong bề mặt gãy hoặc khu vực ăn mòn. Ví dụ, phân tích hàm lượng oxy trong miệng nứt kim loại có thể cho biết liệu đó có phải là do ăn mòn oxy hóa hay không.

Địa chất và khoáng sản: Xác định nhanh các thành phần khoáng sản, chẳng hạn như phân biệt thạch anh (SiO₂) với fenspat (KAlSi₃ O₈), hoặc phát hiện các nguyên tố có lợi dấu vết trong quặng (ví dụ: vàng, bạc).

Y sinh học: Phân tích thành phần của các yếu tố trên bề mặt của mô sinh học hoặc cấy ghép y tế, chẳng hạn như phát hiện lắng đọng canxi và phốt pho trên bề mặt của cấy ghép hợp kim titan, đánh giá hiệu quả tích hợp xương.

Kiểm tra chất lượng công nghiệp: Theo dõi độ dày lớp phủ bề mặt của sản phẩm với tính đồng nhất của thành phần, chẳng hạn như phát hiện hàm lượng vàng (Au) trong lớp mạ linh kiện điện tử hoặc phân tích lớp phủ chống ăn mòn cho các bộ phận ô tô.

Lợi thế kỹ thuật

EDS được kết hợp với kính quét (SEM) để đạt được sự đồng bộ giữa quan sát hình dạng và phân tích thành phần ở quy mô vi mô (micron đến nanomet) và phân tích nhanh (thường được thực hiện trong vài phút), ít thiệt hại cho mẫu, phù hợp với nhiều dạng mẫu như rắn, bột, màng mỏng. Hạn chế của nó là độ chính xác định lượng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ dẫn mẫu, độ phẳng bề mặt và cần kết hợp với mẫu tiêu chuẩn hoặc phương pháp điều chỉnh để nâng cao độ chính xác.