從尋找食品污染物到識別機器故障，再到預測飛機零件的腐蝕方式，能譜分析（EDX或EDS）是當今材料科學家廣泛采用的技術。與掃描電子顯微鏡（SEM）一起使用時，EDX探測器可以提供更多樣品信息。

使用EDX，研究人員可以快速得到有關樣品化學成分的信息，包括元素構成、分布及濃度。

但是EDX到底是如何工作的

利用掃描電子顯微鏡，各種信號可以提供給定樣品的不同信息。

例如

背散射電子生成襯度圖像，顯示出原子序數(shù)差異。而二次電子則提供樣品的表面形貌信息。當掃描電子顯微鏡與EDX探測器結合使用時，X射線也可以用作產生化學信息的信號。

為了更好地理解X射線的產生原理，我們要清楚，每個原子都擁有特定數(shù)量的電子，且電子處于特定的能級。正常情況下，電子在特定的軌道上運行且具有不同的、分立的能量。

EDX分析原理

電子束轟擊原子內層，激發(fā)出基態(tài)原子的內殼電子，在內層留下帶正電的電子空穴。內層電子離開原子后，處于較高能級的外層電子會填充這些低能級的空穴，多余能量可能會以 X 射線形式放出，而這種X 射線的能量分布可以反映特定元素和躍遷特征。

X射線生成過程：

（1）能量傳遞給原子中的電子，使其離開原子留下空穴；

（2）較高能級的外層電子填充空穴并釋放出特性X射線。

此種X射線可以用硅漂移探測器收集，并結合軟件對其進行測量和解釋?；瘜W信息可以通過元素面分布和線掃描等多種方式實現(xiàn)可視化。這樣，利用X射線也就可以識別樣品中的各種元素。

有趣的是，EDX還可用于定性和定量分析，也就是識別樣品的元素類型以及每種元素的濃度百分比。與傳統(tǒng)掃描電子顯微鏡一樣，EDX 技術幾乎不需要樣品制備，并且無損，不會損壞樣品。

EDX分析以其多種優(yōu)勢，已在制造業(yè)、研究領域、能源資源管理、快消品等多個行業(yè)得到廣泛應用。EDX 已經(jīng)成為掃描電子顯微鏡的重要部分，利用掃描電子顯微鏡進行EDX分析，研究人員既可以提高分析結果質量，同時又能節(jié)省寶貴的時間。

       提到掃描電子顯微鏡（SEM）的“景深”，可以用攝影來做類比，兩者都可以獲得高清圖片，也都要確定需要聚焦的位置。

       拍照時，您感興趣的物體應該總是處于焦點位置，并且盡可能清晰。從藝術的角度來說，聚焦可以將攝影師的關注點傳達給觀察者，而在實際應用中，聚焦良好的圖片可以展示大量細節(jié)信息。

       但是待拍攝物體中有多大部分是真正處于聚焦狀態(tài)，這部分占比又是如何調控的呢？對焦狀態(tài)的圖像部分始終是一個平面，這意味著我們只能對wan美的平面進行成像。幸運的是，只要物體中的各部分“足夠接近”焦平面，我們的大腦就可以處理，這部分稱為景深。

       影響景深的參數(shù)有幾個，調整這些參數(shù)可以使圖片中包含的信息變多或變少，其中，光闌直徑和聚焦裝置(攝像頭和掃描電鏡鏡筒)至關重要。

       物體與成像設備之間的距離也是極其重要的因素。

• 通常，物體越遠，景深越大，更多物體變得足夠清晰，使得大腦能夠處理和區(qū)分；

• 物體越近，景深越小，清晰度或分辨率會提高，可以看到物體太遠時看不到的細節(jié)。

不同景深下的兩張照片

（左圖）花兒特寫鏡頭-近距離拍攝，背景變得模糊。

（右圖）風景照-遠距離拍攝，景深從幾厘米增加到幾公里。

電子顯微鏡是如何聚焦的

       電子顯微鏡中，焦點是指入射電子束圓錐直徑Z小時的位置。。電子源發(fā)出電子束，鏡筒內的電磁透鏡和末端光闌約束電子束并決定Z小束斑尺寸。

       當電子束直徑接近Z小值時，分辨率提高。通常達到特定和Z優(yōu)“工作距離”-(鏡筒底部和樣品之間的距離)時，可取得該值。

       焦平面是指電子束直徑Z小處對應的水平面。電子束對焦時，所有處于焦平面的特征物都將非常清晰。校正焦點意味著改變焦平面高度，焦平面上下的所有特征將會逐漸模糊，直到無法識別。

工作距離如何影響景深

       景深是指工作距離的一定范圍，在該范圍內，圖像的清晰度可以接受。理想的工作距離將在聚焦后呈現(xiàn)Z佳分辨率。

       然而，有些情況下，例如，在觀察較高樣品時，分辨率變得不太重要，反而景深對結果的影響更大。對昆蟲進行成像時，關鍵是要讓畫面中的所有特征都清晰可辨，比如它的腿和頭。對電子線路連接成像也是如此，完整觀察樣品需要在同一圖像中聚焦整個電線和電路板。在這種情況下，較長的工作距離有助于獲得更大的景深，得到更多細節(jié)清晰可見的圖像。

       電子鏡筒、電子束和焦平面圖示。(左圖)工作距離越長，α角越小，遠離焦平面不會使圖像變得太模糊。(右圖)工作距離縮短, β角變大，遠離焦平面使得電子束直徑不斷增大，因此圖像變得更加模糊。反之，焦平面上的電子束直徑越小，圖像分辨率越高。

       樣品越靠近鏡筒，電子束角度越大。這意味著與焦平面的微小偏差將導致電子束直徑不斷增大，從而使得圖像更加模糊。

       反之，樣品距離鏡筒越遠，電子束角度越小，與焦平面高度的偏差所導致的電子束直徑變化也就越小，因此，可以清晰地觀察到不同高度處的所有特征物。

       通常，掃描電子顯微鏡的景深可以從幾微米增加到幾毫米，通過調整景深，可以對需要ZD關注的特征進行深入觀察，獲得高質量的圖像從而取得Z佳的分析結果。

       如您希望了解更多有關掃描電鏡的信息，請?zhí)顚懕韱闻c專家交談。（填寫地址：https://www.thermofisher.com/cn/zh/home/global/forms/questionnaire-2017-form-cn.html?cid=cn-ebz-soc-wec-camp-wechat2018-aMSD-pc-mkt-05282018）

掃描電鏡（SEM）用途廣泛，幾乎不需要樣品制備就可提供各種樣品的納米級信息。然而有時候，必須先對樣品進行濺射鍍膜才能使用掃描電鏡獲取高質量圖像。

掃描電鏡可以對各種樣品成像，例如陶瓷、金屬、合金、半導體、高分子以及生物樣品等。然而，有些類型的樣品并沒那么容易成像，需要額外進行樣品制備以獲得高質量圖像，包括給樣品鍍上一層約10納米(nm)厚的導電材料，如金、銀、鉑或鉻。

何時需要濺射鍍膜

鍍膜材料的高導電性可以提高掃描電鏡成像信噪比，使成像質量更高。需要濺射鍍膜才能觀察的樣品通常對電子束敏感，不可導電。

束敏感樣品

主要指生物樣品，還包括塑料材料等其他類別。掃描電鏡電子束能量很高，與樣品相互作用時，部分能量主要以熱能的形式作用在樣品上。如果樣品是由對電子束敏感的材料制成，那么這種相互作用會破壞部分甚至整個樣品結構。在這種情況下，使用非電子束敏感材料進行濺射鍍膜可以起到保護層作用，防止樣品受損。

不導電材料

因其不導電的特性，其表面起到了電子陷阱的作用，導致電子在樣品表面積聚，也就是“荷電”現(xiàn)象，因此在樣品表面形成極白的區(qū)域，影響成像效果。使用濺射鍍膜技術，將導電材料作為導電通道，可移除表面積聚的電子。

（左圖）不導電樣品上的荷電效應

（右圖）該樣品表面濺射10nm金膜后的背散射電子圖像

濺射鍍膜的缺點

樣品的濺射鍍膜也存在一些弊端。首先，需要額外的時間和精力來確定Z佳鍍膜參數(shù)。Z重要的是，鍍膜后樣品表面不再是原始材料，而是鍍膜材料，因此會丟失原子序數(shù)襯度信息。在某些極端情況下，該技術可能會造成樣品表面形貌失真或呈現(xiàn)虛假成分信息。

然而大多數(shù)情況下，只要謹慎選擇鍍膜參數(shù)，就能避免這些問題，獲得清晰高質的圖像。

濺射鍍膜使用材料

在過去，Z常用的濺射鍍膜材料是金，因其導電率高、晶粒尺寸相對較小，利于形成高分辨率圖像。進行能譜分析時，掃描電鏡用戶通常會對樣品鍍碳，因為碳的X射線峰值不會與其他元素的峰值發(fā)生沖突。

如今，鎢、銥、鉻等鍍膜材料因粒度更細，可以滿足超高分辨率成像要求，而鉑、鈀、銀等鍍膜材料則具有可逆性的優(yōu)點。

為了獲得掃描電鏡的Z佳成像，某些類型的樣品需要額外進行樣品制備。處理束敏感樣品和不導電樣品時，濺射鍍膜技術有利于獲得高質量的掃描電鏡圖像。