大数跨境
0
0

科研检测 | 表面分析技术有哪些?AAS、AES、EELS、GDMS、ICPMS、Raman、EDS、TEM等该如何选择?

科研检测 | 表面分析技术有哪些?AAS、AES、EELS、GDMS、ICPMS、Raman、EDS、TEM等该如何选择? 赛纳新材测试服务
2025-10-09
2
导读:科研检测 | 表面分析技术有哪些?AAS、AES、EELS、GDMS、ICPMS、Raman、EDS、TEM、SIMS、XRD、XRF等该如何选择?

【赛纳学术俱乐部】

👩‍🏫👨‍🏫我们创建了一个学术交流群

给全国各地以及各种研究方向的硕博

和老师们提供一个交流的平台📚🧪

感兴趣的话欢迎加入

📲本公众号中回复“社群

会自动发送二维码,扫码就能加入啦

群内可以交流学术问题🔬,或者交交朋友

要是搞网恋的话我们也不拦你,还会帮你💘💪







表面分析技术服务包括微区元素定性及半定量分析(EDS能谱)、纳米级表面元素定性/半定量分析及化学态分析(XPS)、元素浓度深度剖析(Ar离子/Ar团簇离子刻蚀XPS深度剖析)、表面质谱、质谱峰识别、深度剖析(Ar离子/Ar团簇离子刻蚀/Cs离子)、三维重构、MS/MS串联质谱分析(TOF-SIMS)等。

1. 表面分析技术缩写

1)原子吸收光谱法:Atomic Absorption Spectroscopy,AAS

2)俄歇电子能谱:Auger Electron Spectroscopy,AES

3)场发射俄歇电子能谱:Field Emission Auger  Electron Spectroscopy,FE AES

4)电能量损失谱:Electron Energy Loss  Spectroscopy,EELS

5)显微傅里叶变换红外光谱:Micro Fourier Transform Infrared Spectroscopy,Micro-FTIR

6)辉光放电质谱:Glow Discharge Mass  Spectrometry,GDMS

7)电感耦合等离子体质谱:Inductively Coupled  Plasma Mass Spectrometry,ICP-MS

8)激光剥蚀电感耦合等离子体质谱:Laser Ablation Inductively  Coupled Plasma Mass Spectrometry,LA-ICPMS

9)拉曼光谱:Raman Spectroscopy,Raman

10)卢瑟福背散能谱/氢向前散射Rutherford  Backscattering Spectrometry/Hydrogen Forward Scattering,RBS/HFS

11)扫描电子显微镜-能量散射X射线能谱Scanning Electron  Microscopy-Energy Dispersive X-Ray Spectrometry,SEM-EDS

12)场发射扫描电子显微镜:Field Emission SEM,FE SEM

13)二次离子质谱:Secondary Ion Mass Spectrometry,SIMS

14)扫描探针显微镜/原子力显微镜:Scanning Probe  Microscopy/Atomic Force Microscopy,SPM/AFM

15)透射电子显微镜:Transmission Electron  Microscopy,TEM

16)飞行时间-二次离子质谱:Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry,TOF-SIMS

17)全反射X射线荧光:Total Reflection X-Ray Fluorescence,TXRF

18)气相沉积:Vapor Phase Decomposition,VPD

19)X射线光电子能谱/化学分析电子能谱:X-Ray Photoelectron Spectroscopy/ Electron Spectroscopy for Chemical Analysis,XPS/ESCA

20)X射线衍射:X-Ray Diffraction,XRD

21)X射线荧光:X-Ray Fluorescence,XRF

2. 表面分析技术基本物理原理


3. 表面分析技术探测灵敏度与空间分辨率

4. 表面分析技术能力对比表

5. 样品要求


1)辉光放电质谱(GD-MS)
① 定义:辉光放电质谱(GD-MS),是一种用于固体样品直接分析的、具有极低检测限的体相元素分析技术。它利用惰性气体(通常为氩气)在低压直流或射频电场下产生等离子体(辉光放电),等离子体中的阳离子轰击并溅射样品表面,使其原子化并部分离子化,形成用于质谱分析的正离子。由于GD-MS的离子化过程稳定且高效,能有效地克服基体效应,实现从痕量到主量元素的直接、半定量分析,而无需复杂的溶解和稀释过程。它是高纯材料体相元素分析中最权威的技术之一。
② 相关参数
检测元素范围:Li-U
痕量分析灵敏度高:ppb-ppt 原子浓度
③ 主要功能
体相元素同位素定量与半定量分析
深度剖析得到成分随深度的分布曲线
高纯材料(如超高纯金属、半导体材料)中痕量杂质的鉴定
固体导体半导体材料的直接分析
样品无需复杂制备
2)飞行时间-二次离子质谱仪(TOF-SIMS
① 定义:飞行时间-二次离子质谱仪(TOF-SIMS),是一种非常灵敏的表面分析技术。它利用一次离子激发样品表面微量的二次离子,根据二次离子飞行到探测器的时间不同来测定离子质量由于TOF-SIMS中离子飞行时间只依赖于它们的质量,故其一次脉冲就可得到一个全谱,离子利用率很高,能实现对样品几乎无损的静态分析。是现代表面分析技术中重要的组成之一。
② 相关参数
检测元素范围:H-U

痕量分析灵敏度高:0.1-1ppm原子浓度

③ 主要功能

表面元素、同位素分子式的表征

线/面扫描(2D成像)得到成分分布像

深度剖析和3D成像

真空转移盒

3)X射线光电子能谱仪XPS

① 定义:X射线光电子能谱仪(XPS)是一种有效的表面分析技术,已经广泛应用于基础科研、先进材料研究、高精尖技术等领域。XPS作为表面分析领域重要的大型科学仪器,已成为材料分析中离不开的利器。

② 相关参数

检测元素范围:Li-U

检出限:原子浓度0.01%

检测深度<10nm

③ 主要功能

表面成分定性半定量、化学态分析

氩离子枪、团簇离子枪深度剖析 

原位高低温(153-773K)

真空转移盒

4)电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)

① 定义:电感耦合等离子体质谱(ICP-MS),是一种用于液体样品痕量超痕量元素分析的高度灵敏的元素分析技术。它利用高温的电感耦合等离子体(氩等离子体,温度可达6000-10000K)作为离子源,将样品中的元素几乎完全电离成带正电荷的离子,这些离子随后被质谱仪(通常是四极杆质量分析器)根据其质荷比进行分离和检测。

由于ICP-MS具有极低的检测限、宽的线性动态范围以及同时分析多种元素的能力,它已成为溶液样品元素分析最强大和通用的技术之一。通常需要将固体样品预处理成溶液进行分析。

② 相关参数
检测元素范围: Li-U
痕量分析灵敏度: ppt (ng/L)-ppb (μg/L) 量级

③ 主要功能
痕量元素定性定量半定量分析
同位素比值测定与同位素稀释法精确定量
快速多元素同时分析能力
液相色谱联用(LC-ICP-MS) 进行元素形态分析(如As, Hg, Cr的不同形态)
线扫描面扫描成像(与激光剥蚀LA联用时)

液体进样系统

5)电子能量损失谱(EELS)

① 定义:电子能量损失谱(EELS),是一种集成于透射电子显微镜(TEM) 中的高空间分辨率微区成分与化学态分析技术。它利用高能电子束穿过超薄样品时,与样品原子发生非弹性散射而损失能量的原理,通过分析透射电子的能量分布,来获取材料的成分和电子结构信息。由于EELS探测的是非弹性散射电子,其对轻元素(如B, C, N, O)异常敏感,并能提供关于元素化学价态、局域电子结构和光学性质等丰富信息。结合TEM的高空间分辨率(可达原子级),EELS能实现纳米尺度甚至原子尺度的成分与结构关联分析,是先进材料微观分析的核心技术之一。

② 相关参数
检测元素范围: H-U (尤其擅长轻元素分析)
空间分辨率: 亚纳米级 (与电镜束斑尺寸相关)
能量分辨率: 0.1-1 eV (取决于单色器性能)

③ 主要功能
元素组成(尤其是轻元素)的定性与定量分析
元素化学价态化学环境的表征
能带结构信息(如带隙、等离子体激元)的测量
线扫描面扫描(2D/3D成像) 得到成分/价态分布图
界面缺陷的原子尺度化学成分分析

单色器和球差校正器

6)场发射俄歇电子能谱(FE-AES)

① 定义:场发射俄歇电子能谱(FE-AES),是一种利用场发射电子枪作为激发源的高空间分辨率表面分析技术。它通过聚焦电子束轰击样品表面,激发出俄歇电子,并通过分析这些俄歇电子的动能来确定样品表面的元素组成。

由于采用了场发射电子枪,FE-AES能获得非常细、亮度高的电子束,从而实现纳米级的空间分辨率。它对于除氢、氦以外的所有轻、重元素都非常敏感,是微区分析、薄膜研究和工艺缺陷分析的重要工具

② 相关参数
检测元素范围: Li-U (可检测除H、He外的所有元素)
空间分辨率: < 10 nm
分析深度: 0.5-3 nm (非常表面敏感)
深度分辨率: ~ 1 nm

③ 主要功能
表面元素定性半定量分析
高分辨率线扫描面扫描二次电子像元素面分布图
深度剖析(结合离子溅射枪)得到成分随深度的分布曲线
纳米尺度的污染物、缺陷和颗粒物鉴定

超高真空系统

7)拉曼光谱(Raman Spectroscopy)

① 定义:拉曼光谱(Raman Spectroscopy),是一种基于拉曼散射效应分子结构分析技术。它利用一束单色激光与样品分子相互作用,测量由于分子振动和转动导致的非弹性散射光(拉曼散射)的频率和强度。这种频率变化(称为拉曼位移)对应于分子中化学键和官能团的特定振动能级。由于拉曼光谱提供的是分子的“指纹”信息,能够无损、快速地鉴定化学物种和分子结构,是现代表面分析、材料科学和生命科学中重要的组成之一。

② 相关参数
光谱范围50-4000 cm⁻¹ (拉曼位移,对应分子振动/转动能级)
空间分辨率亚微米级(取决于激光波长和物镜)
检测模式无损、非接触

③ 主要功能
分子结构化学成键晶相的表征
成分鉴别物相分布成像(2D/3D成像)
应力分布温度分布测量
共焦显微分析,实现样品特定深度的层析检测
可与扫描探针显微镜(TERS) 联用,实现纳米级空间分辨率

共焦显微镜系统

8)二次离子质谱(SIMS)

① 定义:二次离子质谱(SIMS),是一种基于离子溅射的表面体相元素分析技术。它利用聚焦的一次离子束轰击样品表面,溅射出被称为二次离子的原子、分子和原子团,然后通过质谱仪对这些二次离子进行质量分析和检测。根据一次离子束流密度和分析模式的不同,SIMS主要分为两种:

  • 静态SIMS:使用极低剂量的初级离子,对样品最外层(1-3 nm)进行近乎无损的分析,主要用于表面化学分子结构表征。

  • 动态SIMS:使用较高束流的初级离子进行持续溅射,实现深度剖析体相元素的高灵敏度痕量分析。

SIMS是表面科学和材料分析中灵敏度最高的技术之一,能够提供从最表层到微米深度的三维化学成分信息。

② 相关参数
检测元素范围: H-U,并可区分同位素
痕量分析灵敏度: ppb-ppm(动态SIMS),最高可达ppb(十亿分之一) 量级

③ 主要功能
表面元素同位素分子结构的表征(静态SIMS)
痕量杂质元素的深度剖析与定量分析(动态SIMS)
线/面扫描(2D成像) 得到成分分布像,空间分辨率可达纳米级
深度剖析3D成像,重构化学成分的三维分布
半导体掺杂元素分布与污染物分析

真空转移盒

9)透射电子显微镜(TEM)

① 定义:透射电子显微镜(TEM),是一种利用高能电子束作为照明源,对薄样品进行超高分辨率成像晶体结构分析微区成分分析的技术。它通过电子枪发射电子,穿透纳米级厚度的样品,根据样品内部结构对电子的吸收和散射差异形成图像或衍射花样。

由于电子的波长极短,TEM能够突破光学显微镜的衍射极限,实现原子尺度的直接观察。它不仅能提供样品的形态信息,还能提供晶体结构、化学成分和电子结构等信息,是材料科学、生命科学和纳米技术领域中不可或缺的尖端分析工具。

② 相关参数
分辨率: ~0.1 nm(原子级分辨率)
放大倍数: ~50-1,000,000 倍
加速电压: 80-300 kV

③ 主要功能
高分辨率形貌观察(HRTEM)获得原子晶格像
电子衍射(SAED)分析晶体结构、物相鉴定
成分分析(配合能谱仪EDS)进行微区元素定性与定量分析
扫描透射模式(STEM)实现高角度环形暗场像(HAADF)衬度成像及线/面扫描元素分布分析
三维结构重构(电子断层扫描)

超薄样品制备设备

10)扫描探针显微镜 / 原子力显微镜(SPM/AFM)

① 定义:扫描探针显微镜(SPM),是一大类通过扫描一个物理探针在样品表面上方,检测探针与表面之间的各种相互作用力来表征样品表面性质的显微镜技术的总称。原子力显微镜(AFM) 是其中应用最广泛的一种,它通过检测探针尖端与样品表面之间的原子间力(范德华力)来工作。由于AFM不依赖光学透镜,其分辨率不受光学衍射极限的限制,能够在大气、液体或真空等多种环境下,提供真正的原子级分辨率的三维形貌信息。它是一种强大的表面形貌与物性分析工具,对样品通常无需特殊制备且无损。

② 相关参数
分辨率: 垂直亚埃级(<0.1 nm)横向纳米级(~0.5 nm)
测量力范围: 10⁻¹² 至 10⁻⁹ 牛 (N)
成像环境: 大气、液体、可控气氛、真空

③ 主要功能
表面三维形貌成像与粗糙度分析
多种物性表征:包括表面电势磁力静电力摩擦力
力-距离曲线测量,用于研究纳米力学性质(如:弹性、粘附力)
实时观测样品在液体环境中的动态过程(如:蛋白质吸附、电化学反应)
纳米操纵纳米加工

探针

11)X射线衍射(XRD)

① 定义:X射线衍射(XRD),是一种基于晶体对X射线的衍射效应来鉴定物质晶体结构的非破坏性分析技术。它利用特定波长的X射线照射样品,当X射线的波长与晶面间距满足布拉格定律时,会在特定角度产生衍射加强信号,通过探测这些衍射信号的角度和强度,可以获得样品的晶体结构信息。由于XRD能够提供关于物相组成、晶格参数、结晶度、晶粒尺寸和晶体缺陷等丰富的结构信息,并且对样品无损,它是材料科学、化学、地质学、物理学等领域中进行物相鉴定结构分析最核心和通用的技术之一。

② 相关参数
检测对象范围: 晶体材料(金属、陶瓷、矿物、半导体等)
角度测量范围: 通常 5°-140° (2θ)
检测限: 约 0.1-1 wt% (对于多相混合物中的特定物相)

③ 主要功能
物相定性定量分析(物相鉴定)
确定晶格常数晶粒尺寸微观应变
测量结晶度晶体取向(织构)
残余应力分析
高温/低温原位结构演变研究

样品旋转台

12)X射线荧光光谱(XRF)

① 定义:X射线荧光光谱(XRF),是一种用于固体和液体样品无损分析的元素成分分析技术。它利用高能X射线束照射样品,激发样品中原子的内层电子。当原子处于不稳定的激发态时,外层电子会跃迁至内层空穴,同时释放出具有特定能量的次级X射线,即X射线荧光。通过探测和分析这些荧光的能量(或波长)及强度,可以确定样品的元素组成与含量。由于XRF技术对样品几乎无损,且制样简单、分析快速,能够实现从微量到常量元素的直接分析。它是材料成分筛查、工业过程控制和地质调查等领域中应用最广泛的元素分析技术之一。

② 相关参数
检测元素范围: Na-U(常规范围),B-U(在真空/氦气环境下并使用特殊探测器)
元素分析范围: ppm-100%(含量)

③ 主要功能
元素定性半定量精确定量分析
快速多元素同时分析能力
线扫描面扫描元素分布成像
合金牌号鉴定与材料分类
镀层厚度组成分析

无损分析
固体、粉末、液体样品均可分析

6. 测试周期 

① 常规样品平均测试周期:到样1~3天,无需加急。 

② 特殊样品:以协商周期为准。

7. 测试价格

一单一价

8. 测试流程

 完成之后根据科研检测服务人员提供的账号进入订单系统:

 http://customer.sainanecv.com

 实时查询订单状态、数据下载、报销资料下载、争议数据复测等。 


服务微信:SNCS-666

■免责声明:本公众号致力于服务全体科研人员,分享科研检测相关内容,仅供参考学习。所有转载内容,均不代表『赛纳新材测试服务』赞同其观点和立场,不能完全保证其准确性和真实性。如若本公众号侵犯媒体或个人知识产权,请联系删除。



科研检测 | 一文读懂等离子体发射光谱法(ICP-OES)、等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)

科研检测 | 电感耦合等离子体发射光谱/质谱(ICP-OES/MS测试)的样品要求~~

科研检测 | 透射电子显微镜(TEM测试)的制样方法有哪些?

科研检测 | 透射电子显微镜(TEM测试)的样品如何验磁?

科研检测 | 有机化学实验室单晶培养常用方法,附避坑指南,建议收藏!!

科研检测 | 神奇的“物质CT”:X射线荧光光谱(XRF测试)是如何看穿材料“真面目”的?

【声明】内容源于网络
0
0
赛纳新材测试服务
欢迎关注赛纳新材测试服务(科研检测)!提供TOF-SIMS、AFM全模式、TEM、SEM、TG、DSC、UPS、XPS、SAXS/WAXS、ICP、FTIR、紫外、BET、MIP等300多种测试项目,请加WX:SNCS-666
内容 104
粉丝 0
赛纳新材测试服务 欢迎关注赛纳新材测试服务(科研检测)!提供TOF-SIMS、AFM全模式、TEM、SEM、TG、DSC、UPS、XPS、SAXS/WAXS、ICP、FTIR、紫外、BET、MIP等300多种测试项目,请加WX:SNCS-666
总阅读60
粉丝0
内容104