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エネルギー分散型X線分光法（EDS、EDX、EDXSまたはXEDS）は、エネルギー分散型X線分析（EDXAまたはEDAX）またはエネルギー分散型X線マイクロ分析（EDXMA ）とも呼ばれ、試料の元素分析または化学的特性評価に使用される分析技術です。これは、X線励起源と試料との相互作用に基づいています。その特性評価能力は、各元素が固有の原子構造を持ち、その電磁放出スペクトルに固有のピークセットが存在するという基本原理に大きく依存しています[ 2 ]（これは分光法の主な原理です）。ピーク位置は、モーズリーの法則によって、一般的なEDX装置の実験分解能よりもはるかに高い精度で予測されます。
試料から特性X線を放出させるには、電子ビームまたはX線ビームを研究対象の試料に集束させる。静止状態の試料中の原子は、原子核に束縛された離散的なエネルギー準位または電子殻に基底状態（または非励起状態）の電子を含んでいる。入射ビームは内殻の電子を励起し、その電子を殻から放出させ、電子があった場所に電子ホールを生成する。その後、外側の高エネルギー殻の電子がそのホールを埋め、高エネルギー殻と低エネルギー殻のエネルギー差がX線として放出される。試料から放出されるX線の数とエネルギーは、エネルギー分散型分光器によって測定できる。X線のエネルギーは2つの殻のエネルギー差と放出元素の原子構造に固有のものであるため、EDSによって試料の元素組成を測定することができる。[ 2 ]
EDSセットアップの4つの主要コンポーネントは以下のとおりです。
電子ビーム励起は、電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡（SEM）、走査透過型電子顕微鏡（STEM）で使用されます。X線ビーム励起は、蛍光X線（XRF）分光計で使用されます。検出器は、X線エネルギーを電圧信号に変換するために使用され、この情報はパルスプロセッサに送られます。パルスプロセッサは信号を測定し、データ表示と分析のためにアナライザーに渡します。かつて最も一般的な検出器は、液体窒素で極低温まで冷却されたSi(Li)検出器でした。現在では、新しいシステムには、ペルチェ冷却システムを備えたシリコンドリフト検出器（SDD）が搭載されていることがよくあります。
新たにできた空孔を埋めるために内殻へ移動する電子の余剰エネルギーは、X線の放出以上の結果をもたらす可能性がある。[ 3 ]多くの場合、X線放出の代わりに、余剰エネルギーはさらに外側の殻にある3番目の電子に伝達され、その電子の放出を促す。放出された電子はオージェ電子と呼ばれ、その分析方法はオージェ電子分光法（AES）として知られている。[ 3 ]
X線光電子分光法（XPS）は、EDSの近縁の分析手法であり、AESと同様に放出された電子を利用します。放出された電子の量と運動エネルギーに関する情報を用いて、これらの解放された電子の結合エネルギーを決定します。この結合エネルギーは元素固有の値であり、試料の化学的特性を明らかにすることができます。
EDSは、分光法における対応物である波長分散型X線分光法（WDS）と対比されることが多い。WDSは、特殊な結晶によるX線の回折を利用して生データをスペクトル成分（波長）に分離するという点でEDSと異なる。WDSはEDSよりもはるかに高いスペクトル分解能を持つ。また、WDSはEDSにおけるアーティファクト（偽ピーク、増幅器からのノイズ、マイクロフォニックス）に伴う問題も回避できる。
X線の代わりに、電子や陽子などの高エネルギー荷電粒子ビームを用いて試料を励起することができる。これは粒子誘起X線放出（PIXE）と呼ばれる。
EDSは、試料中に存在する化学元素を特定し、それらの相対存在量を推定するために使用できます。EDSはまた、金属コーティングの多層コーティングの厚さの測定や、さまざまな合金の分析にも役立ちます。試料組成のこの定量分析の精度は、さまざまな要因によって影響を受けます。多くの元素は、X線放出ピークが重なり合っています（例：Ti KβとVKα 、 Mn KβとFe Kα）。測定された組成の精度は、試料の性質によっても影響を受けます。X線は、入射ビームによって十分に励起された試料中の原子によって生成されます。これらのX線はあらゆる方向に（等方的に）放出されるため、すべてが試料から脱出するとは限りません。X線が試料から脱出し、検出および測定に利用できる可能性は、X線のエネルギーと、検出器に到達するまでに通過しなければならない物質の組成、量、および密度に依存します。このX線吸収効果や同様の効果のため、測定されたX線放出スペクトルから試料組成を正確に推定するには、マトリックス補正と呼ばれることもある定量的補正手順を適用する必要がある。[ 2 ]
シリコンドリフト検出器（SDD）と呼ばれる新しいEDS検出器への傾向が見られます。SDDは、電子が小さな収集アノードに駆動される高抵抗シリコンチップで構成されています。利点は、このアノードの静電容量が非常に低いため、処理時間が短縮され、非常に高いスループットが実現できることです。SDDの利点には次のものがあります。[ 4 ]
SDDチップの静電容量は検出器の有効面積に依存しないため、より大型のSDDチップ（40 mm²以上）を使用できます。これにより、さらに高い計数率でのデータ収集が可能になります。大面積チップのその他の利点としては、以下の点が挙げられます。
対象となるX線エネルギーが約30 keVを超える場合、従来のシリコンベースの技術では、検出器の阻止能が低下するため、量子効率が低くなるという問題があります。カドミウムテルル（CdTe）やカドミウム亜鉛テルル（CdZnTe）などの高密度半導体から製造された検出器は、より高いX線エネルギーで効率が向上し、室温での動作が可能です。単一素子システム、そして最近では高エネルギーX線イメージング技術（HEXITEC）システムのようなピクセル化されたイメージング検出器は、100 keVで約1%のエネルギー分解能を達成できます。
近年、超伝導マイクロカロリメータをベースとした、異なるタイプのEDS検出器も市販されるようになった。この新しい技術は、EDSの同時検出機能とWDSの高いスペクトル分解能を組み合わせたものである。EDSマイクロカロリメータは、吸収体と超伝導遷移端センサ（TES）温度計の2つの構成要素からなる。前者は試料から放出されるX線を吸収し、そのエネルギーを熱に変換する。後者は、熱の流入による温度変化を測定する。EDSマイクロカロリメータは、従来、低い計数率や小さな検出器面積など、いくつかの欠点を抱えていた。計数率は、カロリメータの電気回路の時定数に依存するため制限される。熱容量を小さく保ち、熱感度（分解能）を最大化するために、検出器面積は小さくなければならない。しかし、数百個の超伝導EDSマイクロカロリメータのアレイを導入することで、計数率と検出器面積は改善され、この技術の重要性は高まっている。