一、电子探针简介

电子探针（Electron Probe Microanalyzer, EPMA）是一种用于微区成分分析的高精度仪器，广泛应用于地质、材料科学、冶金、半导体等领域。它通过聚焦电子束轰击样品表面（图1），激发特征X射线，从而实现对样品微区成分的定性和定量分析。电子探针不仅能够提供高空间分辨率（微米级）的元素分布信息，还能进行高精度的定量分析，是研究微观世界的重要工具。

图1

二、电子探针的核心优势

高空间分辨率：电子探针的电子束可以聚焦到微米甚至纳米级别，能够对微小区域进行精确的成分分析。

多元素同时分析：电子探针可以同时分析多种元素，尤其适用于复杂矿物、合金和复合材料的成分分析。

非破坏性分析：电子探针的分析过程对样品几乎无损伤，适合珍贵样品的分析。

高精度定量分析：通过标准样品的校准，电子探针可以实现高精度的元素定量分析，误差通常在1%以内。

三、电子探针的应用领域

地质学：用于矿物成分分析、岩石成因研究、矿床成因分析等。

材料科学：用于金属、陶瓷、半导体等材料的成分分析和相结构研究。

环境科学：用于大气颗粒物、土壤、沉积物等的成分分析。

考古学：用于古代文物、陶瓷、金属器物的成分分析，帮助揭示古代工艺和历史背景。

四、电子探针大仪共享

开放机时：每年开放机时约为750~1000小时，约占总机时的55~58%。、

面向单位：本校材料学院、机械学院等，校外包括中国科学院系列单位、其他211和985高校及相关地质研究所、地矿单位等。

重点案例：与中国科学院地质与地球物理研究所行星研究院合作，对月球玻璃珠进行全元素长周期X-ray mapping扫描分析，单颗粒mapping时长高达110小时。通过高精度的面扫描，深度解读月球玻璃珠的元素分布特征、内部结构，并为形成环境与动力学研究提供重要信息。研究成果发表在地质学领域高级别学术刊物。

与中国科学大学变质岩石学研究团队合作，通过对高级变质岩石开展详细的定量分析与X-ray mapping分析，帮助该课题组深入解读敦煌地区的变质环境、演化历史及其动力学机制。多篇研究成果发表在《Gondwana Research》、《Precambrian Research》和《JOURNAL OF PETROLOGY》等地质学领域高级别学术刊物。

五、电子探针的工作方法

样品制备：样品需要经过抛光处理，确保表面平整，以便电子束能够准确聚焦（图1c，图2a）。

电子束轰击：电子探针通过电子枪产生高能电子束，轰击样品表面，激发特征X射线(图1b和图2b)。

X射线检测：通过能谱仪（EDS）或波谱仪（WDS）检测样品发出的特征X射线，确定元素的种类和含量 (图1b和图2b)。

数据处理：通过软件对检测到的X射线信号进行处理，生成元素分布图和定量分析结果（图2c-2g）。

图2

六、电子探针的效益成果

地质矿产勘探：通过电子探针分析，成功发现了多个稀有金属矿床，显著提高了矿产资源的勘探效率。

材料研发：在新型合金材料的研发中，电子探针帮助科研人员精确控制了材料的成分，显著提升了材料的性能。

环境监测：通过电子探针对大气颗粒物的分析，揭示了污染物的来源和扩散规律，为环境治理提供了科学依据。

文物保护：电子探针在文物成分分析中的应用，帮助考古学家揭示了古代工艺的奥秘，为文物保护提供了重要参考。

七、电子探针的成效经验

标准化操作流程：建立标准化的样品制备和分析流程，确保分析结果的准确性和可重复性。

多学科交叉应用：电子探针的应用不仅限于单一学科，通过与材料科学、环境科学、考古学等学科的交叉，拓展了其应用范围。

持续技术创新：通过不断优化电子探针的硬件和软件，提升其分析精度和效率，满足日益复杂的科研需求。

国际合作与交流：积极参与国际学术交流，学习先进的电子探针技术，提升科研水平。

八、结语

电子探针（EPMA）作为微观世界的重要分析工具，在科研和工业领域发挥着不可替代的作用。通过不断的技术创新和应用拓展，电子探针将继续为人类探索微观世界、解决复杂问题提供强有力的支持。

预约联系：合肥工业大学资源与环境工程学院 王老师 （2018800138@hfut.edu.cn）