‘壹’ 疯狂扫盲！电镜测试中的元素分析方法：EDS、EELS、HAADF-STEM！
元素分析在电镜分析中经常使用，随着科学技术的发展，现代分析型电镜通过安装 X射线能谱、能量过滤器、高角度环形探测器等配件，逐步实现了在多学科领域、纳米尺度下对样品进行多种信号的测试，从而可以获得更全面的结构以及成分信息。以下是几种现在常用的电镜中分析元素的方法。
首先，我们来探讨X射线能谱（EDS）的原理和应用。EDS是微区成分分析最为常用的一种方法，其物理基础是基于样品的特征X射线。当样品原子内层电子被入射电子激发或电离时，会在内层电子处产生一个空缺，原子处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而释放出具有一定能量的特征X射线。图1展示了EDS原理示意图，特征X射线是从试样0.5~5μm深处发出的，其波长与原子序数之间满足莫塞莱定律，不同的波长λ对应于不同的原子序数Z。根据这个特征能量，即可知所分析的区域存在什么元素及各元素的含量。根据扫描的方式，EDS可分为点分析、线扫描及面扫描三种。EDS点分析是将电子束固定于样品中某一点上，进行定性或者定量的分析。该方法准确性较高，用于显微结构的成分分析。图2展示了陶瓷样品的EDS点分析结果。EDS线扫描分析是电子束沿一条线对样品进行扫描，能得到元素含量变化的线分布曲线。结合样品形貌像对照分析，能直观获得元素在不同区域的分布情况。图3展示了无机(CdS)/有机(PPY)异质结线扫描分析结果。EDS面扫描分析是电子束在样品表面扫描，试样表面的元素在屏幕上由亮度或彩色表现出来，常用来做定性分析。亮度越高，元素含量越高，结合形貌像常用于成分偏聚、相分布的研究中。图4展示了无机(CdS)/有机(PPY)异质结面扫描分析结果。
接下来，我们介绍电子能量损失谱（EELS）的原理和应用。EELS入射电子穿透样品时，与样品发生非弹性相互作用，电子将损失一部分能量。通过统计计数出射电子的能量损失，便得到电子的能量损失谱。与EDS分析相比，EELS的接受效率更高，记谱时间更短，特别适用于小束斑分析薄样品；EELS在探测轻元素方面更有优势，且能提供元素的化学键态、最近邻原子配位等结构信息。图5展示了EELS原理。在EELS谱图中，除了几个电子伏特的化学位移，同一种元素的电离损失峰的能量坐标总是近似相同的，因此，通过标定电离损失峰的能量坐标，即可定性地分析样品所含的元素。然后通过测量元素的电离损失峰曲线下扣除背底后的面积，即该元素的电离损失峰的总强度IK，可对该元素的含量进行定量分析。图6展示了用EELS软件自动分析同时含有氧（ZO=8）、钡（ZBa=56）及铜（ZCu=29）元素的样品，从能量坐标可以判定出元素种类，通过计算可以得到氧、钡、铜的相对含量。
最后，我们探讨Z衬度像/HAADF-STEM像的原理和应用。Z衬度像/HAADF-STEM像（Z-contrast Imaging/High angle annular dark field image, HAADF）是20世纪90年代以来在材料微观分析方面崭露头角的高分辨扫描透射成像技术。在TEM中，被高电压加速的电子照射到试样上，入射电子与试样中原子之间发生多种相互作用。其中弹性散射电子分布在比较大的散射角范围内，而非弹性散射电子分布在较小的散射角范围内。如果只探测高角度散射电子，则意味着主要探测的是弹性散射电子，因此观察到的是暗场像。图7展示了HAADF像原理图。通过积分卢瑟福散射公式在环形探测器上直接得到厚度为t的试样中，单位体积中原子数为N时的散射强度。HAADF像的强度正比于原子序数Z的平方。这种成像技术产生的非相干高分辨像不同于相干相位衬度高分辨像，像中的亮点总是反应真实的原子，由此我们能够得到原子分辨率的化学成分信息。这种方法尤其适用于缺陷、晶界和界面的微观结构及成分分析。图8展示了Ti3SiC2和4H-SiC的界面，其中原子序数ZH=1，ZC=6，ZSi=14，ZTi=81。图中较亮的区域为Ti3SiC2，较暗的区域为4H-SiC，从图中可以清楚地看到Ti原子（最亮的点）以及Si原子（较暗的点）的排列情况。
主要参考文献包括：1. 章晓中，电子显微学分析，清华大学出版社，2006年；2. 段晓峰，孔翔，电子能量损失谱及其在材料科学中的应用，科学出版社，2003年；3. 辛燕，原子分辨率原子序数衬度成像，科学出版社，2003年。
‘贰’ 铝离子的测定
铝离子的测定方法
一、
铝离子的测定通常使用原子吸收光谱法、滴定法或电感耦合等离子体发射光谱法等方法。
二、
1. 原子吸收光谱法：
原子吸收光谱法是一种基于原子能级跃迁的测定方法。在测定铝离子时，样品中的铝会与特定波长的光产生吸收作用，通过测量光的吸收程度来确定铝离子的浓度。这种方法具有精度高、分析速度快的特点，广泛应用于实验室和工业领域。
2. 滴定法：
滴定法是化学分析中常用的一种方法。在测定铝离子时，可以使用适当的指示剂，通过滴加已知浓度的试剂与铝离子发生反应，直至达到化学反应的终点，从而计算铝离子的含量。此方法操作简便，适用于各种样品中铝离子的测定。
3. 电感耦合等离子体发射光谱法：
电感耦合等离子体发射光谱法是一种先进的无机元素分析方法。通过产生高温和高压的等离子体环境，使样品中的铝原子激发并产生特征光谱，再根据这些光谱的波长和强度来测定铝离子的含量。该方法具有分析速度快、精度高的优点，适用于多种元素的同时测定。
以上三种方法均可用于铝离子的测定，具体选择哪种方法取决于样品的性质、实验条件以及分析需求。在实际操作中，应根据具体情况选择最合适的方法进行铝离子的测定。