水下能譜儀為掃描電鏡附件，其原理為電子槍發射的高能電子由電子光學系統中的兩級電磁透鏡聚焦成很細的電子束來激發樣品室中的樣品，從而產生背散射電子，二次電子、俄歇電子、吸收電子、透射電子、X射線和陰極熒光等多種信息。

 

　　水下能譜儀由半導體探測器、前置放大器和多道脈沖分析器組成。它是利用X射線光子的能量來進行元素分析的。X射線光子有鋰漂移硅Si（Li）探測器接收后給出電脈沖信號，該信號的幅度隨X射線光子的能量不同而不同。

 

　　脈沖信號再經放大器放大整形后，送入多道脈沖高度分析器，然后根據X射線光子的能量和強度區分樣品的種類和高度。

 

　　若X射線光子由Si（Li）探測器接收后給出電脈沖訊號，由于X射線光子能量不同（對某一元素能量為一不變量）經過放大整形后送人多道脈沖分析器，通過顯象管就可以觀察按照特征X射線能量展開的圖譜。

 

　　一定能量上的圖譜表示一定元素，圖譜上峰的高低反映樣品中元素的含量（量子的數目）這就是X射線能譜儀的基本原理。

 

　　在許多材料的研究與應用中，需要用到一些特殊的儀器來對各種材料從成分和結構等方面進行分析研究。其中，X射線能譜儀（XPS）就是常用儀器。能快速、同時對除H和He以外的所有元素進行元素定性、定量分析，幾分鐘內就可完成；可以直接測定來自樣品單個能級光電發射電子的能量分布，且直接得到電子能級結構的信息。

 

　　能譜所需探針電流小，是一種無損分析。對電子束照射后易損傷的試樣，例如生物試樣、快離子試樣、玻璃等損傷小。是一種高靈敏超微量表面分析技術。分析所需試樣約8－10g即可，靈敏度高達10－18g，樣品分析深度約2nm。