使用电子探针对样品进行分析可解决的问题归纳为如下三种：
①样品上某一点的元素浓度；②在样品的一个方向上的元素浓度分布；③与显微图像相对应的样品表面的元素浓度分布。因此，对它们的分析方法也各有所不同，对①、②、③分别采用点分析、线分析和面分析。
利用电子探针分析元素前，对样品有一定的要求：
（1）样品要求导电。对一些不导电的样品，需要在表面蒸发沉积对X射线吸收少的碳、铝等薄膜。
（2）样品表面要经一定的处理。用波谱仪做成分分析时，检测X射线是在与样品表面成一定角度的方向进行的。如果样品表面凹凸不平，有可能阻挡一部分X射线，造成测量到的X射线降低，而且使不同位置的分析点发生高度误差，影响波谱仪的聚焦条件，因此断口表面不可能得到满意的定量分析结果。对定性和半定量分析来说，试样可按金相样品制备。如果做定量分析时，试样表面要求很平，最好是抛光态，不要浸蚀。对能谱仪来说，由于其没有聚焦要求，可方便地对像断口那样表面粗糙的试样进行定性和半定量的成分分析，例如断口中夹杂物的成分分析。当然，断口试样仍不能获得像抛光态和金相浸蚀态试样那样好的定量结果，其原因除上述X射线强度降低外，还有粗糙表面常常带来一些虚假的X射线强度，因为分析点以外的凸起处受到背散射电子或X射线的激发而产生附加的X射线信号。
21.2.1 分析方法
1）点分析
用光学显微镜观察样品表面选定待分析的微区或粒子，移动样品台使之位于电子轰击之下，驱动谱仪中的晶体和检测器，连续地改变L值，即改变晶体的衍射角θ，记录X射线信号强度I随波长λ的变化曲线（见图21-5）。用能谱仪分析时，以二次电子扫描像来选定待分析的微区和粒子，使电子束固定轰击试样的分析点，几分钟内即可得到11Na～92U内全部元素的谱线；在上述定性分析的基础上，可对存在的元素进行定量分析，如图21-7所示。
2）线分析和面分析
图21-8 高锰Mn Cu Fe形状记忆合金中杂质的能谱线分析
将X射线谱仪设置在测量某一元素的特征X射线波长（波谱仪）或能量（能谱仪）位置上，使样品和电子束沿指定的直线作相对运动（可以是样品不动，电子束扫描；也可以是电子束不动，样品移动），同时用X-Y记录仪或阴极射线管记录和显示该元素的X射线强度在该直线方向上的变化，可以方便地取得该元素在线度方向上的分布信息。测定完一个元素，将谱仪设置到另一个待测元素对应的谱仪长度位置上，重复上述过程，可获得另一元素在该直线方向分布的情况。线分析给出一维方向成分的变化，如图21-8所示。在21 8图中，上方图是高锰Mn-Fe-Cu形状记忆合金的二次电子像，显示出熔炼过程中的杂质。经下图的线分析表面，白色杂质含高锰和高氧，但几乎不含铁，因此该杂质为氧化锰。而黑色杂质含高的氧，也含有一定量的Fe和Mn，因此该杂质为氧化锰铁。基体中主要是Mn，但含有一定量的Cu和Fe。
面分析时谱仪与线分析时一样，固定在接收某一元素的特征X射线位置上，让入射电子束在样品表面作二维的光栅扫描，便可得到该元素的X射线扫描像。图21-9中的第一幅照片是Ni基高温合金氧化层的背散射电子像，不同相的形态被由于不同原子序数产生的衬度所显示出来。图中亮的区域表示平均原子序数高，暗的区域表示平均原子序数低。图21-9（a）～（g）分别采用不同元素获得面扫描电子像。显然，图中较亮处表示该元素含量较高。面分析可以提供元素浓度的二维分布信息，并可与显微组织对应分析。从各元素的面扫描像可看出，某些相富Re（稀土元素）和Al，某些相富W、Cr或Mo，而Co或Ni相对较均匀分布在各相中。
图21-9 Ni基高温合金氧化层的背散射电子像和各元素的面扫描电子像（a）-（g）
（a）Re；（b）W；（c）Mo；（d）Cr；（e）Co；（f）Ni；（g）Al
21.2.2 定量分析基本原理简介
关于定量分析的理论基础最初是由卡斯坦所奠定的，其后不断发展，定量计算的精确度也越来越高。电子探针定量分析是以某元素的特征X射线强度和该元素在试样中的重量百分数成比例这一事实为依据。因此，特征X射线强度的测量是定量分析的基础。通常影响特征X射线强度的有两类，一类是试验条件；另一类是试样本身。试验条件大体有：加速电压、探针电流、探针直径、电子束入射方向和试样表面夹角以及X射线出射角。试样本身的情况有：该元素在试样中的含量；试样的平均原子序数；试样中所包含的其他元素的种类和含量，以及试样的平整度等。
在定量分析时，先测出试样中A元素的特征X射线强度I′A，再在同样的试验条件测出纯A元素标样的特征X射线强度I′（A），然后两者分别扣除背底和计数器死时间对测量值的影响，得到相应的强度值IA和I（A），两者相除即得X射线强度之比：
直接将测量的强度比KA当做试样中元素的重量浓度CA，其结果只能是半定量表示，与真实浓度之间存在一定的误差。如何从KA求得CA，正是定量修正计算所要解决的问题。从KA求得CA大体要经过三种效应的修正。
（1）原子序数效应的修正。入射电子进入试样后，不断和试样中的原子发生弹性的和非弹性的碰撞，将使其中一部分电子能量损失到不足以激发X射线。但另外有一部分电子，当其能量还足以产生特征X射线时，由于受到卢瑟福散射从而带走本可以激发特征X射线而没有激发的入射能量。这两者本应对激发特征X射线做出贡献然而没有做出贡献，结果使特征X射线强度在反映元素真实含量方面受到影响。这种由于试样的平均原子序数不同而影响在元素特征X射线强度的效应，称为原子序数效应。
（2）吸收效应修正。入射电子所激发的特征X射线在射出试样的路径中，必然受到试样本身的影响，从而损失一部分强度。由于被分析的试样和纯A元素标样中所包含的元素种类及含量不同，因而X射线所受到的吸收程度也不同，这称为吸收效应。它使KA在反映元素真实含量方面受到进一步影响。
（3）荧光效应修正。除了入射电于可直接激发产生A元素的特征X射线外，试样中其他元素的特征X射线和连续谱中波长较短的X射线也会激发A元素的特征X射线。后者称为二次X射线或荧光X射线。直接由入射电子所激发的某元素的一次特征X射线和间接由X射线所激发的荧光特征X射线，其波长是相同的，计数器无法把它们区分开来。这种效应称为荧光效应。显然，荧光激发效应使测得的A元素特征X射线强度有所提高。
为了使测得的KA等于CA，必须对上述三种效应进行修正，这样得出的KA与CA的关系式如下：
21.2.3 应用
至此，我们已知电子探针X射线显微分析对微区、微粒和微量的成分分析具有分析元素范围广、灵敏度高、准确、快速以及不损耗样品等特点，可以进行定性和定量分析。下面概括地介绍它在金属研究领域中的一些应用。
金属的微观组织对性能起着重要的作用。在冶炼、铸造、焊接或热处理过程中，材料中往往不可避免地会出现众多的微观现象，如夹杂物、析出相、晶界偏析、树枝状偏析、焊缝中成分偏析、表面氧化等，用“电子探针”可以对它们进行有效地分析。另外，金属材料在电子束袭击下较稳定，非常适用于电子探针分析。
（1）测定合金中相成分。合金中的析出相往往很小，有时几种相同时存在，因而用一般方法鉴别十分困难。例如不锈钢在1173K以上长期加热后，析出很脆的σ相和χ相，其外形相似，金相法难以区别。但用电子探针测定Cr和Mo的成分，可以从Cr／Mo的比值来快速区分σ相（Cr／Mo为2.63～4.34）和χ相（Cr／Mo为1.66～2.15）。
（2）测定夹杂物。大多数非金属夹杂物对性能起不良的影响。用电子探针和扫描电子显微镜附件能很好地测定出它们的成分、大小、形状和分布，这为选择合理的生产工艺提供了依据。
（3）测定元素的偏析。晶界与晶内、树枝晶中的枝干和枝间，母材与焊缝常造成元素的富集和贫乏现象，这种偏析有时对材料的性能带来极大的危害，用电子探针通常很容易分析。
（4）晶体结构和取向测定。当配了电子背散射衍射装置后，可对晶体样品的织构和晶粒间取向等进行测定。
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