波谱法（WDS）和能谱法（EDS）都是扫描电子显微镜（SEM）下的元素分析方法。这两种技术存在很多相似和不同处：本质上WDS依靠可机械移动的晶体依次探测单个X射线线系，获得更高的能量分辨率；而EDS并行探测具有不同能量的X射线。

WDS最大的优势在于它的能量分辨率通常优于能谱仪10倍以上。因此WDS可以获得具有高峰背比和几乎无重叠峰的X射线谱图。因此，WDS非常适合以下两种应用需要：

(1) EDS谱图中出现复杂重叠峰，特别是当某一元素浓度较低时；

(2) 痕量元素，且在EDS谱图中峰背较低，难以确认

以含有过渡元素钛 (Ti) 和钒 (V) 的材料为例（如图1所示），Ti Kβ1 (4.932 keV) 和V Kα1 (4.952 keV) 的能量差仅为20 eV；考虑到V Kα2（4.945 keV）的影响，这一差别实际上会更小。如此严重的谱峰重叠给Ti-V-Al合金和Ti-V矿物的定量分析带来了很大挑战。一个合格的能谱探测器的分辨率为120-130 eV，因此无法仅通过EDS探测器分离这两条谱线。从以下Ti-6Al-V合金的EDS谱图中可以观察到V Kα 信号增加了Ti Kβ 峰的高度，这一现象仅在使用AZtec软件显示两种元素的各自贡献时才明显。

图1 Ti-6 Al-4V的EDS谱图。粉色曲线显示了Ti对总谱图的贡献，棕色部分均来自V的 K线系。右侧小图显示了谱图全貌，从中可以观察到V元素的存在对Ti K_α 和K_β 峰相对高度的影响。

面对这样严重的谱峰重叠，即使很多平行光波谱仪也无能为力。利用AZtecWave在Ti-6Al-4V样品上采集了三组波谱数据，如图2所示，它们的能量分辨率分别为20 eV（红色）, 8 eV（黄色）和6 eV（紫色）。为了便于比较，图中也展示了该样品的EDS谱图（绿色）。在标准分析模式下 (分辨率≈8 eV)，可以观察到清晰的Ti K_β 和V K_α 峰，因此可以进行准确定量分析。

采集紫色和红色谱图数据时，X射线的入射狭缝分别处于关闭和打开状态。和标准模式相比，前者进一步改善了WDS的分辨率：由8 eV提高至6 eV以下，因此可以观察到明显的V K_α1 和K_α2峰。后者可以提高计数率，适用于相邻元素线间能隙较大的情况。红色谱图代表了大部分平行光波谱仪获得的结果，受分辨率（约20 eV）的限制，V K_α 峰并不明显，也无法进行准确定量分析。

图2 WDS（红色/~20 eV；黄色/8 eV；粉色/<6 eV）和常规EDS（绿色）的能量分辨率对比。数据采集平台和样品分别为AZtecWave和Ti-6Al-4V。

通过以上实例大家可以看出，即使当前EDS的普及家喻户晓，但牛津仪器还是决定深入研究波谱技术并于2020年发布AZtecWave的原因。即使波谱仪占据了更多SEM的外部空间，但它出色的分辨率可以区分能隙较小的相邻线系，使用户面对更具挑战的元素分析也可以获得准确的定量结果；毕竟，这是WDS存在的全部意义。在提高分辨率的同时还可以获得更低的谱图背底，这也意味着可以更加准确、快速的进行微量和痕量元素分析。对于含量在100 ppm的痕量元素，AZtecWave的数据采集效率是其它WDS构型（平行光，分辨率≈20 eV）的4倍以上。因此使用AZtecWave可以显著缩短分析时间或减小所需束流。这是两者在性能方面的另一个巨大差别，也深深影响着此类分析的可行性。

相比EDS，WDS拥有优异的分辨率，但传统的波谱操作复杂，束流的选择、背景的位置的确认、测量时间及误差的控制等等困扰着初学者。下期我们将为大家介绍AZtecWave在这方面的突破。