电子探针全称电子探针X射线显微分析仪，英文简称为EPMA，主要用途是透过显微观察固体物质的特性，与扫描电镜一样同属微束分析仪器的一种，已逐渐被实验室作为通用分析仪器之一。其优点在于能够观察样品表面的形貌特征、进行微区成分的相关分析等，实现对材料的定性、定量、线、面等分析。除此之外，电子探针还能够对样品表面呈现的二次电子像、X-ray像、吸收电子像、背散射电子像等进行观察和分析。电子探针在对物品进行观察和分析时，通常采用磨平或抛光等处理手段使样品表面保持光滑平整，以此得到类纳米级别的微观相分布，便于分析领域的人员对微观区域的准确定位与分析。随着分辨率的提高，电子探针分析方法已在冶金、地质侦探、半导体材料、化工化学、生物医学等领域拓展，并发挥着重要的分析作用。
1电子探针的原理
电子探针的工作原理为，当汇聚的直径较细的一束电子束对样品表面进行轰击时，入射电子将与样品的原子核乃至核外电子发生弹性或非弹性的散射作用，使样品形貌特征、内部结构、元素成分等信息被激发反射出来，具体如二次电子、特征X射线、背散射电子等。其配备的显微镜，能够帮助分析工作者直接对样品实施分析，使分析的试样置于罗兰圆或聚焦圆上，使材料定量分析的准确性得到保证，后续还需利用波谱仪或能谱仪对样品反射出的光波信号与不同成分的光波信号相比对和分析，从而确定出微小区域内成分的种类及含量。
高能电子束入射到样品表面激发产生的X射线具有确定的特征波长和能量。由莫塞莱定律可知，ν1/2＝R（Z-σ），式中ν为X射线频率，Z为原子序数，R和σ为常数，且σ约等于1。又λ=c/ν，ε=hν，式中c为光速，h为普朗克常数，λ为特征X射线的波长，ε为特征X射线的能量。
可以看出，电子探针激发样品表面产生的特征X射线波长和能量取决于样品元素的原子序数，只要知道样品中激发出的特征X射线的波长或能量就能确定试样中的待测元素，测量特征X射线强度就可以确定相应的元素含量，这就是电子探针的基本原理。
2电子探针的结构
图1电子探针结构示意图
电子探针主要由电子光学系统，真空室，样品室，X射线分光系统和计算机检测系统等组成。
电子探针的电子光学系统，真空室和样品室与扫描电子显微镜相同，样品台可以上下左右移动或旋转。高能电子束可照射到样品上任意需要分析的区域，扫描线圈控制电子束在样品上扫描，就可以得到与扫描电子显微镜（SEM）一样的背散射电子图像或二次电子图像，只是图像的分辨率不如扫描电子显微镜。
X射线分光系统分为两种：一种是利用分光晶体（布拉格衍射定律）检测特征X射线波长的波谱仪（简称WDS），是电子探针主要的检测方式；另一种是利用硅半导体检测器直接检测X射线能量的能谱仪（简称EDS）。一般将EDS作为附件安装在扫描电子显微镜上检测元素，有时也用作电子探针的辅助检验手段。
3电子探针样品制备
3.1样品要求
1）样品大小要合适；
2）薄片和砂薄片不能加盖玻璃；
3）样品表面有良好的的导电和导热；
4）样品表面尽量磨得很平，表面干净无污染；
5）明确分析区域位置；
6）确定分析内容：分析位置、分析元素、分析方式。
3.2样品制备
1）粉末样品：直接撒在样品座的双面碳导电胶上，用平的表面物体压紧，再用洗耳球吹去粘结不牢固的颗粒，也可采用环氧树脂等镶嵌材料将样品包埋后，进行粗磨、细磨及抛光方法制备；
2）块状样品：可用环氧树脂等镶嵌后，进行研磨和抛光，较大的块状样品也可直接研磨和抛光。
3）镀膜：样品加工后，蒸镀金或者碳等导电膜，再分析。形貌观察时，可蒸镀金导电膜，成分定性，定量分析，必须蒸镀碳导电膜。镀膜要均匀，厚度控制在20nm左右。标样和样品应同时蒸镀。
4电子探针的分析特点
1）微区分析电子探针分析区域可以是几个立方微米，能将微区化学成分与显微结构对应起来进行点分析（用于选定点的全谱定性分析或其中所含元素的定量分析），线分析（用于显示元素沿选定直线方向上的含量变化）和面分析（用于观察元素在选定微区内含量分布）；
2）元素分析范围广配置了能谱仪的电子探针分辨率很高，峰背比高，定量分析准确，但样品表面要平整光滑以方便聚焦；
3）不损坏试样电子探针能同时利用扫描电子束得到二次电子或背散射电子的形貌图像（但是形貌效果不如扫描电子显微镜），可以获得更低的元素检出限，定量分析更准确，特别是微区分析表现突出。
5电子探针的应用
1）合金中的相与夹杂物分析
使用电子探针来分析合金中的相及夹杂物的一大优势在于，能使材料成分信息和物质形貌特征形成对照，且能够对夹杂物中存在的每个相进行识别，使材料分析的结果更为准确。电子探针与波谱仪组合可形成能够配合结构分析的组合仪器。科学家曾用这种组合仪器对18-8型不锈钢进行了晶界析出相分析。伴随着图像处理技术的升级，使得现在的材料分析可以按照夹杂物内物质的浓度差或元素的类型予以各样式的分布统计及呈现定量相的分析结果。
2）扩散反应类分析
在扩散研究中起到较大推动作用的是放射性同位素的研发与应用。而利用电子探针结合图像处理仪形成的浓度-深度曲线不仅比上述提到的放射性同位素法更为方便，而且准确率也得到了较大提升，但由于电子探针分析方法无法在自扩散中发挥作用，因此不能全然代替放射同位素法。在扩散研究中除了自扩散还有反应扩散现象，该现象在金属类材料的加工及各种反应中广泛出现，如热处理、氧化、腐蚀等。利用电子探针可以清晰地观察物质反应扩散时元素的转化及新物质的生成。。除了热处理，电子探针还能在如氧化腐蚀类的表面改性反应中，探索到元素的迁移，为改进工艺，合成新物质提供有利助力。
3）软X射线光谱对元素分析
软X射线指波长大于0.5nm，能量低于ev的X射线。在激发过程中，牵涉了较多参与反应的电子，导致其激发的谱线形状和能量同化合状态的发生而出现变化。对这些变化进行研究能够得到元素存在状态的相关信息。上述理论在国外不少国家的电子探针分析研究中得到了验证。
4）合金相图分析
采用电子探针检测合金相图常见的有两种方法，其一是称扩散偶法，利用了两种金属或合金产出扩散偶，升温一段时间后退火，测量不同物质的浓度曲线，得到二元或者三元系的等温截面，也可利用三种浓度较纯的金属制成“品”字形的扩散偶测量其三元系相图；其二是退火淬火法，将多种相位共存的样品放在一起，升温一段时间后退火，使合成物达到平衡后实施淬火，随后利用电子探针测量混杂物各相的成分，并绘制该温度下的等温截面。
以上两种方法的优势在于，不仅降低了样品的数量，而且可以直接测量混合物的均匀性，若退火后混合物各相平衡，既可获得各相的成分，也可获得连接线；若退火后混合物各相未达到平衡，则可通过测定相界面两边的物质成分计算出相界，以此获得未平衡状态下的低温相图。
5）显微偏析
对合金元素的偏析会对材料的性能产生较大的影响。研究表明，许多金属材料出现失效的现象与元素偏析存在一定的关联性。随着世界航空航天事业的发展，对材料性能的要求也更为严格，科研人员研发出越来越多的金属材料，现阶段微量元素的分析以及对材料性能的影响已经成为研究的热点，PPM级别的微量杂质可能会对制造出的合金性能影响较大。
6）轻元素分析
轻元素指的是碳、硼、氧、氮等元素，该类元素的分析一直是材料分析从业人员的难题，现阶段对于此类元素的定性定量分析还存在不少需要修正的问题，具体为：其一，轻元素信号强度较低，主要是由轻元素在X射线产额方面存在能力不足和长波辐射易被吸收这两方面原因所导致的；其二，化学键合的影响，在对轻元素的特征X射线进行激发时，可能内含键合电子，使其强度及形成的谱线形状存在不稳定的情况，据研究表明，由键合电子引发的不稳定现象会使结果出现30%左右的误差；其三，受谱线干扰，重元素会生成高次射线，使其谱线出现重叠或者背景升高等现象；其四，与轻元素强度相关的分布函数暂无实验数据支撑，现存的与吸收系数相关的数据缺乏说服力等。所以，电子探针对金属材料中轻元素的分析还存在一定的问题，需要科研人员继续研究开发新的功能，使电子探针分析法发挥更大的作用。
