协助共用快讯 第六期 (2)
电子探针分析及其应用
西安地质矿产研究所 刘文峰
电子探针的全称为电子探针X射线显微分析仪（EPMA）。自50年代问世以来，因为电子探针分析与其他分析手段相比有许多优越性，因而很快就在冶金化工、材料科学、生物医学、地质找矿等许多领域得到广泛应用，是现代生产和科研领域中不可缺少的大型分析仪器。尤其是对地质学中的矿物、岩石、矿床及矿产综合利用方面起了很大的推动作用。
一、电子探针分析的优点
1、所需样品少，分析区域小：电子探针分析是微束分析的一种，只要被分析的样品直径大于1um就可以进行分析，因而所需样品数量很少。这对研究很少的样品及物贸微观上成份的变化提供有有力手段。
2、不破坏样品：经过电子探针分析的样品，并不受到任何破坏，还可以进行其它方面的测定，这对稀少珍贵而难以得到的样品，电子探针分析是最理想的分析手段。
3、直观：电子探针除能进行点分析外，还可以进行线扫描和面扫描分析，这对了解样品中元素的分布规律、共生关系和赋存状态提供了大量的基础资料。如果附有微扫描程序，还可以把样品表面不同元素的分布状态用不同颜色同时在彩色荧光屏上显示出来，一目了然，非常直观。
4、快速：因为电子探针一般都有三至四道谱仪，同时对不同元素进行分析，并且都是计算机自动操作和修正计算，因而，分析速度快，成本也低，若附有能谱仪，更加速了分析速度。
二、电子探针分析的基本原理
由电子枪发射的电子被加速、聚焦后，具有一定的能量，当被加速的电子束照射到样品上后，使样品的外层电子受到激发，从而产生特征X射线。不同的元素，其特征X射线的波长不一样，因而根据这些特征X射线的波长便可知道样品中含有哪些元素，这就是定性分析。样品中某些元素的含量越多，所产生的特征X射线的强度也就越大，因此，根据某元素的特征X射线强度的大小，也就可以计算出该元素的含量，这就是定量分析。
电子束照射到样品上后，除了产生特征X射线外，还产生二次电子、背散射电子、吸收电子等物理信息。利用这些物理信息就可以进行扫描图像的观察，主要有二次电子像、背散射电子、吸收电子像等，这就是说，电子探针也具有某些扫描电子显微镜的功能。
三、电子探针的应用
电子探针的功能主要是两个方面：一是成分分析，再就是形貌观察，因此，它的应用也十分广泛。现分别简述：
1、地质找矿方面的应用：
电子探针既可以观察矿物的表面形态，了解其微观特征，又可以分析样品的物质组成，因此它在地质上的应用十分广泛，主要有以下几个方面。
(一) 矿物和其它地质体的微观形貌分析：
(1) 矿物微观特征的研究：利用电子显微镜观察细小矿物或矿物晶体的微观特征，对了解矿物的形成环境和结晶历史非常有用。利用扫描图像可以研究晶体的生长、晶面花纹、晶体的连生、双晶及矿物晶体的集合体形态，凡是用肉眼或光学显微镜难以看清的现象，在电子显微镜下一般都看得清楚，无论是对金属矿物还是非金属矿物，甚至隐晶质矿物都可以在电子探针的扫描图象上了解到许多现象。
(2) 微体古生物及微细地质构造的研究：利用电子显微镜可以研究许多微体化石和一些化石的细微构造，甚至对一些更细小的超微化石也可以进行研究，其图片立体感强，细节清楚。
此外，利用电子显微镜还可以观察岩石的微观形貌：如火山岩中的气孔构造，沉积岩中的胶结物等。
2、分析矿物和地质体的成分：电子探针对成分的分析主要用于矿物学、矿床学岩石学、地球化学及其它地质科学。在地质工作中常常需要深入研究矿物的成分变化和微区内元素的分布状态以及微小剖面上成分的变化特点等，而电子探针是解决这些问题最有效的手段之一。电子探针分析在矿物学和矿床学的应用主要有以下几个方面。
(1) 疑难矿物和细小矿物的鉴定：在电子探针问世之前，鉴定和识别矿物主要是利用光学显微镜和结构分析。但许多矿物光学性质非常相似，很难区别，有时，矿物颗粒非常细小，在岩石中含量又非常少，用矿物结构分析困难很大，如果使用电子探针分析，上述问题极易解决，因为只要知道了矿物的成分，矿物的定名一般都能迎刃而解。
(2) 新矿物定名：近年来，国内外报道的新矿物，绝大多数都是应用电子探针分析发现的。因为这些新矿物一般产出稀少，颗粒细小，要想知道它们的物质组成，只能用电子探针分析。据有关资料报道，国外曾有人用电子探针发现了近50种新矿物。
(3) 研究矿物的环带结构：矿物在结晶过程中，由于物理化学条件的变化，常常形成环带结构。研究不同环带上成分的变化特点，可以了解矿物形成过程中物理化学条件的变化，以便定量地解释成岩成矿特点。
(4) 矿物固溶体的研究：矿物在结晶过程中常常形成完全类质同象和不完全类质同象两种固溶体，利用电子探针的成分分析和X射线面扫描，可以研究这些类质同象的特点和固溶体的物质组成。
(5) 研究矿物的反应边结构：在某些岩中常常可见到橄榄石周围被斜方辉石、单斜辉石镶边，再往外，有时则出现角闪石或黑云母。研究这种反应边结构对了解岩浆的结晶特点有重要意义，也可以进一步分析岩浆冷却结晶的机理。
(6) 矿物包裹体的研究：矿物晶体中经常保存有不少固体包裹体，这些包裹体非常细小，有时只有几个微米，甚至更小，利用电子探针分析这些包裹体的成分，对探讨原始熔浆的成分以及矿物的结晶时的温度和压力等是非常有意义的。可以说，电子探针分析是包裹体研究必不可少的手段。
(7) 研究矿物的交代及蚀变：在某些变质作用影响下，一个矿物有时会被另一个矿物交代，有时还会残留一些交代不完全的矿物。研究这些交代蚀变的特点和有关的变质作用，常常需要进行徽区成分分析，电子探针分析是最有效的方法。
(8) 陨石及宇宙尘的研究：这些天外来客，难以得到，一般样品量很少，因而都很珍贵，并且往往颗粒细小，利用电子探针进行成分分析不仅能获得精确的数据，还不破坏样品，是最理想的研究手段。
(9) 元素赋存状态的研究：利用电子探针中的散射电子像．X射线像以及图像处理系统，可以研究某种元素在矿物或岩石中存在的形式，例如金、银、铂、钯等贵金属在某种矿物中的存在形式是类质同象混入物还是独立的结晶颗粒，这些研究有助于解决矿床成因、岩石特征、元素运移等方面的问题，也可为找矿勘探、矿产综合利用提供可靠的数据和资料。
(10) 地质学中其它成分的分析：除了矿物学、岩石学、矿床学、地球化学等专业学科已广泛利用电子探针进行成分分析外，煤田、石油、海洋地质等专业也越来越重视徽区成分的研究。在环境地质学科中，常常用电子探针分析大气中尘埃、水中的矿物质以及各种废渣等；又如在古生物学研究中，研究古生物微体成分及微区成分变化特征也受到了重视。
(二)贵金属方面的测定
1、可以无损、快速地测定贵金属（黄金、铂金、白银等）的含量。
2、可以快速、无损的测定各种金首饰的成色及杂质含量。
(三) 宝玉石鉴定方面的应用
1、可以快速准确地测出宝石的化学成分，因而，可以准确地鉴定出宝玉石的名称。
2、可以快速、无提地测定出宝石中包裹体的成份，因而为区分天然宝石和人造宝石提供有力证据。
3、可以准确测定宝石中裂隙物的成份，因而为鉴定宝石属性提供依据。
4、利用电子探针的线扫描面扫描技术，为宝石学的研究提供有力手段。
（四）冶金化工和材料科学方面的应用
由于电子探针可以快速测定B（Z=5）即U（Z=92）等多种元素，因而在冶金和材料科学的应用也十分广泛主要有；
1、了解材料中相的变化
2、材料中同相内元素的偏析
3、不同材料焊接后，元素的渗透和扩散情况
（五）其他领域中的应用
除上述外，电子探针分析还可广泛应用于生物医疗领域，主要是分析结石和牙齿的成份，利用扫描电镜观察病理切片及细胞的变化等。
此外，电子探针还为公安侦察方面提供成份和扫描图像方面证据。
总之，随着科学的进步和发展，电子探针分析在各种领域越来越受到重视，其应用也越来越广泛。
