加速电压是电子能量的象征，它决定了电子束与样品之间的相互区大小。一般情况下，加速电压越高，电子束在样品表面穿透越深，作用区也就越大。

这意味着电子将在样品中更深入地传播，并在不同区域中产生信号。样品的化学成分也会对作用区的大小产生影响：轻元素的核外电子层数较少，电子能量较低，这限制了其对入射电子的影响。因此与重元素的样品相比，电子束对于轻元素样品的穿透更深。

对输出信号进行分析时，可以得到不同的结果。在台式扫描电镜中，通常检测到三种信号：背散射电子（BSE）、二次电子（SE）和 X 射线。

加速电压对于 BSE 和 SE 成像的影响是类似的：低加速电压能够得到样品表面更多的细节；而在高加速电压下，图像的分辨率提高，但由于穿透效应，样品的表面细节减少，有利于忽略样品表面的一些细小污染物。这可以在下面的图片中看到，在低加速电压下，样品表面的污染物清晰可见，而高加电压的图像表面污染物“减少”。

图1：在 5kV (左) 和 15kV (右) 下锡球的 BSE 图像。在低电压下，样品顶部的碳污染清晰可见。当电压增加时，穿透作用使锡球表面更加光滑，污染物“减少”。

对于不同性质的样品，选择合适的加速电压非常重要。生物样品、聚合物以及其他有机样品都对高能量的电子非常敏感。由于扫描电镜（SEM）在真空中运作，这种敏感性进一步增强。这就是扫描电镜厂商致力于开发低电压下成像技术的原因，这样的话即使是十分精细、对电子束能量敏感的样品也能拍出比较好的图像。

在这一过程中遇到的主要困难是成像技术背后的物理原理：与摄影相似，存在几种可能的因素会影响最终输出的图像质量，如畸变和像差。随着电压升高，获得的信号量也变多，色差的影响逐渐减小，这也是为什么之前扫描电镜的趋势是利用尽可能高的电压以提高成像分辨率的主要原因。

在X射线方面，情况完全不同：越高的加速电压越有利于 X 射线的产生。X 射线可以由能谱仪（EDS）捕获和处理，从而对样品的成分进行分析。

入射电子束中的电子与样品中的原子相互作用，迫使目标样品中的电子被打出。这样样品中就会有空穴生成，它由一个来自于同一原子的外层能量较高电子填充。这个过程要求电子以 X 射线的形式释放部分能量。X 射线的能量最终可以通过 Moseley 定律与原子的原子质量相关联。因此通过 EDS 分析可判断样品的化学成分。

X 射线生产的关键因素:

• 过压比：入射电子束能量与目标原子所需电离能量的比值
• 相互作用区范围：定义分析空间分辨率

一般进行能谱分析时，理想状态下所需要的过压比为 1.5，这意味着通过增大加速电压，可一检测更多序数较大的元素。另一方面，在高加速电压下，样品被电子束损伤的几率也就越大，同时作用范围也就越大。

X 射线的产生可能来自更大的作用区域，影响能谱分析结果的可信度。在多层、颗粒和非均质材料的情况下，较大的作用区域会产生来自样本不同成分的信号，从而影响能谱分析的结果。

图2：15kV 下收集的 EDS 图像。这些峰值突出显示了每个元素的存在，并应用复杂的算法将探测器的信号转换成化学成分。

为了平衡两者的影响，通常推荐加速电压值在 10kV 到 20kV 之间。进行能谱分析时，还要注意的一点就是，可能出现重叠峰，因为 X 射线是各种元素的电子在不同电子层跃迁时产生的，它们可能会有非常类似的能量。

这需要更先进的集成流程来消除峰值并使结果正常化，或者使用更高的加速电压来获得更高的能量线（来自两个具有重叠峰值的元素之一）。虽然前者已经在大多数 EDS 软件中实现，后者还不能满足所有情况，考虑到像铅这样的非常普遍的元素，其更高能量水平线需要高于 100kV 的电压。