簡介
電子探針顯微分析原理及其發展的初期是建立在X射線光譜分析和電子顯微鏡這兩種技術基礎上的，該儀器實質上就是這兩種儀器的科學組合。電子探針是運用電子所形成的探測針（細電子束）作為X射線的激發源來進行顯微X射線光譜分析的儀器。分析對象是固體物質表面細小顆粒或微小區域，最小範圍直徑為1μm。電子探針可測量的化學成分的元素範圍一般從原子序數12（Mg）至92（U），原子序數大于22的元素可在空氣通路的X射線光譜儀上進行測量。電子探針的靈敏度低于X射線熒光光譜儀，原因是電子探針X射線的本底值高于後者，但電子探針的絕對感量比其他儀器都高。此外，後期生産的儀器，可作X射線背散射照相、透視照相。能兼作透射電鏡、能進行電子衍射、能作電子熒光觀察等。
第一台電子探針是法國制成的，是在1949年用電子顯微鏡和X射線光譜儀組合而成。
1953年前蘇聯制成了X射線微區分析儀，以後英、美等國陸續生産。
第一台掃描電子探針儀是美國于1960年制成，不僅能對試樣作點或微區分析，而且能對樣品表面微區進行掃描。
原子序數12至22的元素要在真空下進行成分測定，原子序數12以内的元素需要增添一些特殊設備才能分析。原子序數50以上的元素用L系X射線光譜進行分析，原子序數50以下的元素也可以分析，如Sn（50）可用K系x射線光譜進行分析。
工作原理分析
電子探針有三種基本工作方式：點分析用于選定點的全譜定性分析或定量分析，以及對其中所含元素進行定量分析；線分析用于顯示元素沿選定直線方向上的濃度變化；面分析用于觀察元素在選定微區内濃度分布。
由莫塞萊定律可知，各種元素的特征X射線都具有各自确定的波長，通過探測這些不同波長的X射線來确定樣品中所含有的元素，這就是電子探針定性分析的依據。而将被測樣品與标準樣品中元素Y的衍射強度進行對比，就能進行電子探針的定量分析。當然利用電子束激發的X射線進行元素分析，其前提是入射電子束的能量必須大于某元素原子的内層電子臨界電離激發能。
電子探針優點
1、能進行微區分析。可分析數個μm^3内元素的成分。
2、能進行現場分析。無需把分析對象從樣品中取出，可直接對大塊試樣中的微小區域進行分析。把電子顯微鏡和電子探針結合，可把在顯微鏡下觀察到的顯微組織和元素成分聯系起來。
3、分析範圍廣。Z>4.其中，波譜：Be~U,能譜：Na~U。
功能及特色
電子探針可以對試樣中微小區域（微米級）的化學組成進行定性或定量分析。可以進行點、線掃描（得到層成分分布信息）、面掃描分析（得到成分面分布圖像）。還能全自動進行批量（預置9999測試點）定量分析。由于電子探針技術具有操作迅速簡便（相對複雜的化學分析方法而言）、實驗結果的解釋直截了當、分析過程不損壞樣品、測量準确度較高等優點，故在冶金、地質、電子材料、生物、醫學、考古以及其它領域中得到日益廣泛地應用，是礦物測試分析和樣品成分分析的重要工具。
主要用途
電子探針又稱微區X射線光譜分析儀、X射線顯微分析儀。其原理是利用聚焦的高能電子束轟擊固體表面，使被轟擊的元素激發出特征X射線，按其波長及強度對固體表面微區進行定性及定量化學分析。主要用來分析固體物質表面的細小顆粒或微小區域，最小範圍直徑為1μm左右。分析元素從原子序數3(锂)至92(鈾)。絕對感量可達10-14至10-15g。近年形成了掃描電鏡—顯微分析儀的聯合裝置，可在觀察微區形貌的同時逐點分析試樣的化學成分及結構。廣泛應用于地質、冶金材料、水泥熟料研究等部門。
結構特點
電子探針X射線顯微分析儀(簡稱電子探針)利用約1Pm的細焦電子束，在樣品表層微區内激發元素的特征X射線，根據特征X射線的波長和強度，進行微區化學成分定性或定量分析。電子探針的光學系統、真空系統等部分與掃描電鏡基本相同，通常也配有二次電子和背散射電子信号檢測器，同時兼有組織形貌和微區成分分析兩方面的功能。電子探針的構成除了與掃描電鏡結構相似的主機系統以外，還主要包括分光系統、檢測系統等部分。
電子探針主要由電子光學系統（鏡筒），X射線譜儀和信息記錄顯示系統組成。電子探針和掃描電鏡在電子光學系統的構造基本相同，它們常常組合成單一的儀器。
技術支持
電子光學系統
該系統為電子探針分析提供具有足夠高的入射能量，足夠大的束流和在樣品表面轟擊殿處束斑直徑近可能小的電子束，作為X射線的激發源。為此，一般也采用鎢絲熱發射電子槍和2-3個聚光鏡的結構。為了提高X射線的信号強度，電子探針必須采用較掃描電鏡更高的入射電子束流(在10-9-10-7A範圍)，常用的加速電壓為10-30KV，束斑直徑約為0.5μm。
電子探針在鏡筒部分與掃描電鏡明顯不同之處是由光學顯微鏡。它的作用是選擇和确定分析點。其方法是，先利用能發出熒光的材料（如ZrO2）置于電子束轟擊下，這是就能觀察到電子束轟擊點的位置，通過樣品移動裝置把它調到光學顯微鏡目鏡十字線交叉點上，這樣就能保證電子束正好轟擊在分析點上，同時也保證了分析點處于X射線分光譜儀的正确位置上。在電子探針上大多使用的光學顯微鏡是同軸反射式物鏡，其優點是光學觀察和X射線分析可同時進行。放大倍數為100-500倍。
X射線譜儀
電子束轟擊樣品表面将産生特征X射線，不同的元素有不同的X射線特征波長和能量。通過鑒别其特征波長或特征能量就可以确定所分析的元素。利用特征波長來确定元素的儀器叫做波長色散譜儀（波譜儀），利用特征能量的就稱為能量色散譜儀（能譜儀）。
1、波譜儀
波譜儀的關鍵在于怎樣實現将未知的特征譜線與已知元素Z聯系起來？為此設想有一種晶面間距為d的特定晶體（我們稱為分光晶體），當不同特征波長λ的X射線照射其上時，如果滿足布拉格條件（2dsinθ=λ）将産生衍射。顯然，對于任意一個給定的入射角θ僅有一個确定的波長λ滿足衍射條件。這樣我們可以事先建立一系列θ角與相應元素的對應關系，當某個由電子束激發的X特征射線照射到分光晶體上時，我們可在與入射方向交成2θ角的相應方向上接收到該波長的X射線信号，同時也就測出了對應的化學元素。隻要令探測器連續進行2θ角的掃描，即可在整個元素範圍内實現連續測量。
由分光晶體所分散的單一波長X射線被X射線檢測器接受，常用的檢測器一般是正比計數器。當某一X射線光子進入計數管後，管内氣體電離，并在電場作用下産生電脈沖信号。下圖示出了電子探針中X射線記錄和顯示裝置方框圖。可以看出，從計數器輸出的電信号要經過前置放大器和主放大器，放大成0-10V左右的電壓脈沖信号，這個信号再送到脈沖高度分析器。
2、能譜儀
來自樣品的X光子通過铍窗口進入锂漂移矽固态檢測器。每個X光子能量被矽晶體吸收将在晶體内産生電子空穴對。不同能量的X光子将産生不同的電子空穴對數。例如，Fe的Kα輻射可産生1685個電子空穴對，而Cu為2110。知道了電子空穴對數就可以求出相應的電荷量以及在固定電容（1μμF）上的電壓脈沖。
多道脈沖高度分析器中的數模轉換器首先把脈沖信号轉換成數字信号，建立起電壓脈沖幅值與道址的對應關系（道址号與X光子能量間存在對應關系）。常用的X光子能量範圍在0.2-20.48keV，如果總道址數為1024，那麼每個道址對應的能量範圍是20eV。X光子能量低的對應道址号小，高的對應道址号大。根據不同道址上記錄的X光子的數目，就可以确定各種元素的X射線強度。它是作為測量樣品中各元素相對含量的信息。然後，在X-Y記錄儀或陰極射線管上把脈沖數與脈沖高度曲線顯示出來，這就是X光子的能譜曲線。
