材料表征成像分析手段第一节：总览

更新时间：2026-03-16

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实验室材料表征成像分析测试技术和仪器设备众多，各有优点和应用范围局限，在细聊每项仪器之前，我们将其分门别类，再行讲述；那么纠结来了：是按仪器类别分吗？分成光谱、质谱、能谱等？还是按测试需求分？分成形貌、成分、物相结构、热重等？

形貌分析的对象是样品的几何形状、尺寸大小、颗粒度、及颗粒度的分布等。成分分析按照分析对象和要求不同，可以分为批量成分分析（Bulk）、微量成分分析（Micro）和痕量成分分析（Trace）三类。按照分析的目的不同，又分为体相元素成分分析（Phase analysis）、表面成分分析（Surface Analysis）和微区成分分析（Microanalysis）等类别。

在表面成分分析中，X射线光电子能谱(X-Ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)，表层分析深度在10nm；和表层分析深度在更浅的6nm范围内的俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy，AES)一样，是“真正"的表面分析。二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)，电子探针（Electron Probe Micro-Analyzer，EPMA）分析方法，和电镜的能谱（Energy Dispersive Spectrometry，EDS）分析，表层分析深度在μm级别，严格来讲属于体相分析。透射电镜的电子能量损失谱（Electron Energy Loss Spectrometry，EELS）分析，表层分析深度可以在0.5nm范畴内，但由于是透射成像，严格来讲也不能归类为表面分析手段。

热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组分。定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却有表观失重，所以叫热重分析。热重分析在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段，在实际的材料分析中经常与其他分析方法联用，进行综合热分析，全面准确分析材料。

还是按破坏性或非破坏性方法来分呢？比如体相元素成分分析是指体相元素组成及其杂质成分的分析，其中数种分析方法需要对样品进行溶解后再进行测定，因此属于破坏性样品分析方法；而其余数种分析方法可以直接对固体样品进行测定，属于非破坏性样品分析方法。

还是按此项表征手段的原理来分呢？答案见仁见智，无需统一；我们更倾向于按手段的原理，因为从理解仪器所采用的方法原理来理解这个手段，会理解学习的更加自然；而且，我们对电镜这个手段已经相对熟悉，这里就不再赘述扫描电子显微术（Scanning Electron Microscopy，SEM），和透射电子显微术（Transmission Electron Microscopy，TEM），这样也方便我们集中精力了解其他材料表征手段。

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按表征手段的原理，我们将成像分析仪器可以分为下面八类，我们将分八次分别聊下这种分类下的实验室各类材料表征的原理（Principle）、手段（Methods）和仪器（Instrumentation）：

1，光学显微术及光刻术Light Optical Microscope & Photolithography

2，X射线和电子衍射分析法X-Ray & Electron Diffraction

3，扫描探针显微术Scanning Probe Microscopy

4，X射线元素分析法X-Ray Spectroscopy for Elemental Analysis

5，电子表面分析法Electron Spectroscopy for Surface Analysis

6，二次离子质谱表面分析法Secondary Ion Mass Spectrometry for Surface Analysis

7，分子振动分析法Vibrational Spectroscopy for Molecular Analysis

8，热分析法Thermal Analysis

在我们把手段和仪器分类之前，让我们先按英文称呼字母顺序排序大致梳理以下我们实验室常用的设备有什么吧：

l 火焰和电热原子吸收光谱分析法Atomic Absorption Spectrometry，AAS

l 原子力显微术Atomic Force Microscopy，AFM

l 俄歇电子能量谱分析法Auger Electron Spectrometry，AES

l 明场显微术Bright Field Microscopy，BF

l 阴极荧光分析法Cathode Luminescence Spectrometry

l 共聚焦显微术Confocal Microscopy

l 暗场显微术Dark Field Microscopy，DF

l 示差扫描热分析法 Differential Scanning Calorimetry，DSC

l 微分干涉差显微术Differential Interference Contrast Microscopy，DIC

l 电子背散射衍射花样分析法 Electron Backscattered Diffraction Pattern，EBSD

l 电子探针微区分析法Electron Probe Micro Analyzer，EPMA

l 电子能量损失分析法Electron Energy Loss Spectrometry，EELS

l 荧光显微术Fluorescence Microscopy

l 傅里叶红外分析法Fourier Transform Infra-red Spectrometry，FTIR

l 红外分析法Infra-red Spectrometry，IR

l 电感耦合等离子体原子发射光谱分析法Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES

l 电感耦合等离子体发射光谱分析法Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry，ICP-OES

l 电感耦合等离子体质谱分析法Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS

l 激光显微术Laser Scanning Microscopy，LSM

l 多光子显微术 Multi Photon Microscopy

l 光学显微术Optical Light Microscopy，OM

l 相位反差（相衬）显微术Phase Contrast Microscopy

l 偏振显微术Polarizing Microscopy

l 激光拉曼分析法Raman Spectrometry

l 激光拉曼显微术Raman Microscopy

l 微区电子衍射分析法Selected Area Electron Diffraction，SAED

l 扫描隧道显微术Scanning Tunneling Microscopy，STM

l 结构光照明显微术Structured Illumination Microscopy，SIM

l 热重分析法Thermogravimetry，TG

l 飞行时间二次离子质谱分析法Time Of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometry，TOF-SIMS

l 全反射X-射线荧光广谱分析法Total Reflection X-Ray Fluorescence Analysis，TR-XRF

l 双光子显微术Two Photon Microscopy

l X-射线衍射光谱分析法 X-Ray Diffraction Analysis，XRD

l X射线能量谱分析法X-Ray Energy Dispersive Spectrometry，EDS

l X射线光电子能量谱分析法X-Ray Photoelectron Spectrometry，XPS

l X射线波长色散光谱分析法X-Ray Wavelength Dispersive Spectrometry，WDS

下一篇，我们从光学显微术及光刻术Light Optical Microscope & Photolithography先讲起。