電子探針應(yīng)用：稀土元素分析痛點(diǎn)及應(yīng)對(duì)之策

稀土是我國(guó)為數(shù)不多的優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及戰(zhàn)略價(jià)值。在微束分析領(lǐng)域，稀土元素的測(cè)試也有著其自身的特點(diǎn)和難點(diǎn)，突出表現(xiàn)在稀土元素的特征X射線譜線之間重疊干擾嚴(yán)重，對(duì)于儀器的分辨能力、測(cè)試靈敏度及人員經(jīng)驗(yàn)要求甚高。島津電子探針通過(guò)配置兼具靈敏度和分辨率的全聚焦分光晶體，使得稀土元素的測(cè)試效果更為優(yōu)異。

稀土何以成為戰(zhàn)略資源？

稀土元素最初發(fā)現(xiàn)于18世紀(jì)，因當(dāng)時(shí)技術(shù)水平所限，只能用化學(xué)法制得少量不溶于水的物質(zhì)，按當(dāng)時(shí)的習(xí)慣，把不溶于水的物質(zhì)稱為土，因其稀少故而得名稀土，英文是Rare Earth，意即“稀有的土”。稀土元素包括鑭系元素和鈧、釔共17種元素。它們多數(shù)呈銀灰色，有光澤，但硬度很小，金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬元素，在空氣中極易氧化。

稀土以其不可替代的優(yōu)異磁、光、電性能被廣泛應(yīng)用于電子加工、信息技術(shù)、激光技術(shù)、清潔能源、先進(jìn)裝備制造業(yè)等諸多高新科技領(lǐng)域，只需極少的添加量就能改善或提高最終產(chǎn)品的性能，素有“工業(yè)維生素”之稱，被譽(yù)為人類的“希望之土”，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全和科技發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

稀土元素特征X射線信號(hào)的特點(diǎn)

正如共生的稀土資源不易分離，稀土元素特征X射線信號(hào)之間也是重疊嚴(yán)重、彼此干擾。表現(xiàn)在特征X射線的譜圖上，就是密密麻麻的特征譜線彼此緊鄰。如果要把這些譜線區(qū)分開來(lái)，儀器必須具有良好的分辨率。此外，除主量元素外，稀土礦通常也含有多種低含量的共生稀土元素，這對(duì)測(cè)試儀器的檢測(cè)靈敏度也是極大的考驗(yàn)。

傳統(tǒng)的掃描電鏡+能譜儀為什么無(wú)法應(yīng)對(duì)

集成于掃描電鏡上的能譜儀能量分辨率一般在127eV（Mn Kα FWHM）左右，而電子探針?biāo)褂玫牟ㄗV儀能量分辨率與之相比要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。我們?nèi)∧芰糠秶?.7keV~7.3keV內(nèi)，能譜儀和波譜儀的譜圖進(jìn)行對(duì)比，顯而易見，能譜儀上元素譜峰嚴(yán)重重疊，是無(wú)法進(jìn)一步分析的，而電子探針波譜儀則可以將稀土元素各譜峰很好的分離開。同時(shí)，受限于掃描電鏡較小的照射電流，元素測(cè)試時(shí)的靈敏度也很低，對(duì)于微量元素一般無(wú)法檢出。

島津電子探針應(yīng)對(duì)稀土元素分析的優(yōu)勢(shì)

島津電子探針通過(guò)配置統(tǒng)一4英寸羅蘭圓半徑的全聚焦分光晶體，實(shí)現(xiàn)了分辨率和靈敏度的兼顧。

圖1為常規(guī)的半聚焦分光晶體工作示意圖，如果需要高靈敏度時(shí)，需要把特征X 射線檢測(cè)器前端的狹縫調(diào)大，但必然會(huì)造成分辨率的變差; 反之，需要高分辨率時(shí)，則要把檢測(cè)器狹縫縮窄，但又會(huì)造成靈敏度的下降；顯然在面對(duì)分辨率和靈敏度的兩難抉擇時(shí)，半聚焦分光晶體自是顧此失彼、捉襟見肘。而島津全聚焦分光晶體（圖2），則兼顧了靈敏度與分辨率。

稀土礦物獨(dú)居石分析舉例

使用島津電子探針EPMA-1720測(cè)試含有復(fù)雜稀土的礦物獨(dú)居石，可以看出特征X射線譜峰之間盡管彼此緊鄰，但每個(gè)峰之間能夠進(jìn)行分離，這就給予元素成分的判斷和定量的測(cè)試提供可靠的保證。

釹鐵硼磁性材料分析舉例

使用島津電子探針EPMA-1720測(cè)試具有磁王之稱的釹鐵硼磁性材料。從元素分析的譜圖中可以看出，即使稀土元素成分相對(duì)比較簡(jiǎn)單的材料，譜峰上也會(huì)有較多的復(fù)雜線系，但峰與峰之間可以進(jìn)行足夠的分辨，只是測(cè)試的時(shí)候需要調(diào)整背景干擾。

汽車尾氣催化劑材料分析舉例

汽車尾氣催化劑材料具有多層結(jié)構(gòu)，使用微量貴金屬作為活性催化成分，并添加多種稀土元素氧化物作為分散劑、儲(chǔ)氧劑以及熱穩(wěn)定劑。使用島津電子探針EPMA-1720測(cè)得譜圖上也可以看出復(fù)雜基體+稀土元素對(duì)儀器靈敏度和分辨率的較高要求。