一、能量色散 X 射线光谱（EDS/EDX）

1. 基本原理

通过高能电子束（如扫描电镜 SEM 中的电子束）轰击样品，激发原子内层电子跃迁，产生特征 X 射线。利用探测器测量 X 射线的能量分布，从而确定元素种类及含量。

2. 核心特点

检测范围：主要分析原子序数≥4 的元素（如 Be 到 U），轻元素（如 C、H、O）检测灵敏度较低。空间分辨率：微米级（与 SEM 的分辨率相关），可实现微区分析。检测限：约 0.1%~1%，定量精度中等。分析速度：快速（几秒到几分钟），适合高通量检测。

3. 典型应用

与 SEM 联用，用于材料表面微区的元素定性 / 定量分析（如合金相成分、污染物检测）。半导体行业中的杂质分析、失效分析。

4. 优缺点

优点：操作简便，可与显微成像同步进行，成本较低。缺点：轻元素检测困难，能量分辨率较低（约 150eV），无法分析元素化学价态。

二、X 射线光电子能谱（XPS）

1. 基本原理

用软 X 射线（如 Al Kα 或 Mg Kα）照射样品，激发原子内层电子成为光电子。通过测量光电子的动能，结合爱因斯坦光电效应方程，确定元素种类及化学价态。

2. 核心特点

检测范围：可分析几乎所有元素（H、He 除外），能提供元素的化学状态信息（如 Fe²⁺/Fe³⁺）。空间分辨率：常规 XPS 为几百微米，纳米级 XPS（如单色化 X 射线源）可达亚微米级。检测深度：极浅（约 1~10 nm），主要分析样品表面层。定量精度：半定量分析，精度约 1%~5%。

3. 典型应用

表面化学分析：催化剂活性位点表征、薄膜材料界面分析、氧化层成分研究。材料腐蚀、涂层失效、半导体器件表面污染分析。

4. 优缺点

优点：唯一能直接提供元素化学价态的表面分析技术，灵敏度高，适合微量成分检测。缺点：分析深度极浅，样品需真空环境，复杂样品的谱图解析难度大。

三、X 射线荧光光谱（XRF）

1. 基本原理

用 X 射线（如 X 光管产生的初级 X 射线）照射样品，激发原子内层电子，外层电子跃迁时释放特征 X 射线（荧光 X 射线）。通过检测荧光 X 射线的能量和强度，确定元素种类及含量。

2. 核心特点

检测范围：可分析原子序数≥11 的元素（Na 到 U），轻元素（如 Na、Mg）检测灵敏度较低。分析类型：波长色散 XRF（WDXRF）：高分辨率，适合高精度定量分析。能量色散 XRF（EDXRF）：快速检测，适合现场分析。检测深度：毫米级（取决于样品密度和 X 射线能量），可实现无损分析。检测限：ppm 级（WDXRF）到 0.1%（EDXRF）。

3. 典型应用

地质矿产分析（矿石成分检测）、考古文物成分鉴定、环境监测（土壤重金属检测）。工业质量控制（如镀层厚度测量、合金成分分析）。

4. 优缺点

优点：无损检测，可分析固体、粉末、液体样品，检测范围广，适合批量样品分析。缺点：轻元素检测灵敏度低，无法提供化学价态信息，设备体积较大（WDXRF）。

四、三种方法的对比总结

五、选择建议

若需微区成分分析（如颗粒、夹杂物），优先选EDS（与 SEM 联用）。若需表面元素化学价态分析（如氧化、催化反应），优先选XPS。若需大面积无损检测（如矿石、文物），或对轻元素要求不高，优先选XRF。