『壹』 瘋狂掃盲！電鏡測試中的元素分析方法：EDS、EELS、HAADF-STEM！
元素分析在電鏡分析中經常使用，隨著科學技術的發展，現代分析型電鏡通過安裝 X射線能譜、能量過濾器、高角度環形探測器等配件，逐步實現了在多學科領域、納米尺度下對樣品進行多種信號的測試，從而可以獲得更全面的結構以及成分信息。以下是幾種現在常用的電鏡中分析元素的方法。
首先，我們來探討X射線能譜（EDS）的原理和應用。EDS是微區成分分析最為常用的一種方法，其物理基礎是基於樣品的特徵X射線。當樣品原子內層電子被入射電子激發或電離時，會在內層電子處產生一個空缺，原子處於能量較高的激發狀態，此時外層電子將向內層躍遷以填補內層電子的空缺，從而釋放出具有一定能量的特徵X射線。圖1展示了EDS原理示意圖，特徵X射線是從試樣0.5~5μm深處發出的，其波長與原子序數之間滿足莫塞萊定律，不同的波長λ對應於不同的原子序數Z。根據這個特徵能量，即可知所分析的區域存在什麼元素及各元素的含量。根據掃描的方式，EDS可分為點分析、線掃描及面掃描三種。EDS點分析是將電子束固定於樣品中某一點上，進行定性或者定量的分析。該方法准確性較高，用於顯微結構的成分分析。圖2展示了陶瓷樣品的EDS點分析結果。EDS線掃描分析是電子束沿一條線對樣品進行掃描，能得到元素含量變化的線分布曲線。結合樣品形貌像對照分析，能直觀獲得元素在不同區域的分布情況。圖3展示了無機(CdS)/有機(PPY)異質結線掃描分析結果。EDS面掃描分析是電子束在樣品表面掃描，試樣表面的元素在屏幕上由亮度或彩色表現出來，常用來做定性分析。亮度越高，元素含量越高，結合形貌像常用於成分偏聚、相分布的研究中。圖4展示了無機(CdS)/有機(PPY)異質結面掃描分析結果。
接下來，我們介紹電子能量損失譜（EELS）的原理和應用。EELS入射電子穿透樣品時，與樣品發生非彈性相互作用，電子將損失一部分能量。通過統計計數出射電子的能量損失，便得到電子的能量損失譜。與EDS分析相比，EELS的接受效率更高，記譜時間更短，特別適用於小束斑分析薄樣品；EELS在探測輕元素方面更有優勢，且能提供元素的化學鍵態、最近鄰原子配位等結構信息。圖5展示了EELS原理。在EELS譜圖中，除了幾個電子伏特的化學位移，同一種元素的電離損失峰的能量坐標總是近似相同的，因此，通過標定電離損失峰的能量坐標，即可定性地分析樣品所含的元素。然後通過測量元素的電離損失峰曲線下扣除背底後的面積，即該元素的電離損失峰的總強度IK，可對該元素的含量進行定量分析。圖6展示了用EELS軟體自動分析同時含有氧（ZO=8）、鋇（ZBa=56）及銅（ZCu=29）元素的樣品，從能量坐標可以判定出元素種類，通過計算可以得到氧、鋇、銅的相對含量。
最後，我們探討Z襯度像/HAADF-STEM像的原理和應用。Z襯度像/HAADF-STEM像（Z-contrast Imaging/High angle annular dark field image, HAADF）是20世紀90年代以來在材料微觀分析方面嶄露頭角的高分辨掃描透射成像技術。在TEM中，被高電壓加速的電子照射到試樣上，入射電子與試樣中原子之間發生多種相互作用。其中彈性散射電子分布在比較大的散射角范圍內，而非彈性散射電子分布在較小的散射角范圍內。如果只探測高角度散射電子，則意味著主要探測的是彈性散射電子，因此觀察到的是暗場像。圖7展示了HAADF像原理圖。通過積分盧瑟福散射公式在環形探測器上直接得到厚度為t的試樣中，單位體積中原子數為N時的散射強度。HAADF像的強度正比於原子序數Z的平方。這種成像技術產生的非相干高分辨像不同於相干相位襯度高分辨像，像中的亮點總是反應真實的原子，由此我們能夠得到原子解析度的化學成分信息。這種方法尤其適用於缺陷、晶界和界面的微觀結構及成分分析。圖8展示了Ti3SiC2和4H-SiC的界面，其中原子序數ZH=1，ZC=6，ZSi=14，ZTi=81。圖中較亮的區域為Ti3SiC2，較暗的區域為4H-SiC，從圖中可以清楚地看到Ti原子（最亮的點）以及Si原子（較暗的點）的排列情況。
主要參考文獻包括：1. 章曉中，電子顯微學分析，清華大學出版社，2006年；2. 段曉峰，孔翔，電子能量損失譜及其在材料科學中的應用，科學出版社，2003年；3. 辛燕，原子解析度原子序數襯度成像，科學出版社，2003年。
『貳』 鋁離子的測定
鋁離子的測定方法
一、
鋁離子的測定通常使用原子吸收光譜法、滴定法或電感耦合等離子體發射光譜法等方法。
二、
1. 原子吸收光譜法：
原子吸收光譜法是一種基於原子能級躍遷的測定方法。在測定鋁離子時，樣品中的鋁會與特定波長的光產生吸收作用，通過測量光的吸收程度來確定鋁離子的濃度。這種方法具有精度高、分析速度快的特點，廣泛應用於實驗室和工業領域。
2. 滴定法：
滴定法是化學分析中常用的一種方法。在測定鋁離子時，可以使用適當的指示劑，通過滴加已知濃度的試劑與鋁離子發生反應，直至達到化學反應的終點，從而計算鋁離子的含量。此方法操作簡便，適用於各種樣品中鋁離子的測定。
3. 電感耦合等離子體發射光譜法：
電感耦合等離子體發射光譜法是一種先進的無機元素分析方法。通過產生高溫和高壓的等離子體環境，使樣品中的鋁原子激發並產生特徵光譜，再根據這些光譜的波長和強度來測定鋁離子的含量。該方法具有分析速度快、精度高的優點，適用於多種元素的同時測定。
以上三種方法均可用於鋁離子的測定，具體選擇哪種方法取決於樣品的性質、實驗條件以及分析需求。在實際操作中，應根據具體情況選擇最合適的方法進行鋁離子的測定。