电子能量损失谱 (EELS) 是测量电子在与样品相互作用后的动能变化的一系列技术。该技术用于确定样品的原子结构和化学特性，包括：元素的种类及数量、元素的化学状态以及元素与近邻原子的集体相互作用。部分技术包括：光谱、能量过滤透射电子显微术 (EFTEM) 和DualEELS
定义
电子能量损失谱分析简称EELS（Electron
Energy Loss Spectroscopy）是利用入射电子束在试样中发生非弹性散射，电子损失的能量DE直接反映了发生散射的机制、试样的化学组成以及厚度等信息，因而能够对薄试样微区的元素组成、化学键及电子结构等进行分析。
电子能量损失的原子极图
当电子穿过样品时，它们会与固体中的原子相互作用。许多电子在穿过薄样品时不会损失能量。一部分在与原子相互作用时会发生非弹性散射并损失能量。这会让样品处于激发态。材料可通过分析通常以可见光子、X 射线或俄歇电子形式存在的能量实现去激发。
入射电子与样品相互作用时，能量和动量都会发生改变。您可以在分光计中检测到此类散射入射电子，因为它会发出电子能量损失信号。样品电子（或集体激发）会带走额外的能量和动量。
当紧密结合的芯电子被入射电子激发为高能量状态时会发生铁芯损耗激发。芯电子只能被激发至材料中处于空态的能量。这些空态可以是材料中高于费米能级的束缚态（分子轨道图中所谓的反键轨道）。状态也可以是高于真空能级的自由电子态。费米能量散射的突然开启和空态探测导致 EELS 信号对原子类型和电子状态敏感。
EELS与样品特性之间的关系
将费米能级对齐光谱零损失峰 (ZLP)，即可显现铁芯损耗激发中的初始光谱特征。边缘可被视为电子能量损失足以使芯能级原子电子达到费米能级的点。这种模拟未能重现高于费米能级的散射，但有助于可视化芯能级边缘的强度突增。
典型的能量损失光谱包括多个区域。第一个峰值，也就是对于极薄样品强度最高的位置，发生在 0 eV 损失处（等于初始束流能量），因此被称为零损失峰值。它代表了未发生非弹性散射的电子，但有可能发生了弹性散射或能量损失极小而无法测量。零损失峰值的宽度主要反映电子源的能量分布。宽度通常为 0.2 – 2.0 eV，但在单色电子源中可能窄至 10 meV 或以下
性质
由于低原子序数元素的非弹性散射几率相当大，因此EELS技术特别适用于薄试样低原子序数元素如碳、氮、氧、硼等的分析。它的特点是：分析的空间分辨率高，仅仅取决于入射电子束与试样的互作用体积；直接分析入射电子与试样非弹性散射互作用的结果而不是二次过程，探测效率高。一般来说，X射线波谱仪（XWDS）的接收效率为~10至10 ，能谱仪（XEDS）的接收效率在10以下。而EELS技术由于非弹性散射电子仅偏转很小的角度，几乎全部被接收。
此外，能损谱分析没有XEDS分析中的各种假象，不需进行如吸收、荧光等各种校正，其定量分析原则上是无标样的。但是EELS分析存在一定的困难，主要是对试样厚度的要求较高，尤其是定量分析的精度有待改善。
而应用EELS进行能量过滤或者能量选择成像，可以得到选定化学元素在试样中的分布图，类似于X射线能谱的元素面分布图，有利于识别细小的析出相粒子和某些元素的偏聚，在进行电子衍射分析时，应用能量过滤电子形成衍射花样则具有独到的优势。
由于电子通过试样时发生了散射，弹性散射电子干涉形成布拉格衍射束，非弹性散射电子根据其散射机制不同而具有不同的能量损失，同时还以不同的角分布传播。示意地给出了各种散射电子的角分布，这些非弹性散射电子叠加在由弹性散射电子形成的布拉格衍射斑上，所示硅单晶的衍射图上可以看出非弹性散射电子的影响，在衍射图中央区（约20mrad以内的区域）非弹性散射电子尤其是内层电离和声子散射电子的强度很大，造成衍射谱的背景很强，分布在衍射斑周围而掩盖了由弹性散射电子形成的衍射斑。在角度大于40~50mrad的区域（相当于硅的衍射谱上衍射斑指数大于006的区域），非弹性散射电子的强度很小、甚至弱到可以忽略的程度，例如在Si的006衍射斑以外区域，衍射斑基本上是由弹性散射电子形成的。
在实际应用中，例如分析细小析出粒子时，衍射束强度有时很弱，由于被强的非弹性散射电子覆盖而往往难以辨认，如能获得能量过滤的衍射花样则可以清晰显示这些微弱的衍射斑。在进行会聚束衍射（CBED）工作时,能量过滤技术更是具有不可忽视的重要作用。对比未经过滤电子束和过滤后由弹性散射电子得到的CBED图可见：后者的CBED图呈现出多得多的细节、提供了更多衍射信息，这是其它技术难以达到的优势。
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