x射线光电子能谱基本原理，X射线光电子能谱分析

很多朋友对x射线光电子能谱基本原理，X射线光电子能谱分析不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

x射线光电子能谱(XPS)是表面分析领域的一种全新方法。虽然在本世纪初就有报道用X射线照射固体材料，测量其引起的电子动能分布，但当时达到的分辨率还不足以观察到光电子能谱上的实际光峰。

直到1958年，以Siegbahn为首的瑞典研究小组首次观测到光峰现象，发现这种方法可以用来研究元素的种类和化学状态，因此被命名为“化学分析用埃尔埃特龙光谱学——ESCA”。目前，XPS和ESCA已经被认为是同义词，不再区分。XPS的主要特点是可以在低真空度下进行表面分析研究，这是其他方法做不到的。

当使用电子束激发时，如AES法，必须使用超高真空，以防止碳沉积物在样品上形成并覆盖被测表面。X射线的较软性质使我们有可能在适度真空下观察表面几个小时，而不影响测试结果。另外，化学位移效应是XPS区别于其他方法的另一个特点，即XPS中的化学位移可以用直观的化学理解来解释，而这在AES中解释起来要困难得多。

1基本原理用X射线照射固体时，原子某一能级的电子由于光电效应被撞出物体，称为光电子。

如果X射线光子的能量是h，电子在这个能级上的结合能是Eb，从固体中发射出来后的动能是Ec，那么它们之间的关系是：h=Eb Ec Ws，其中Ws是功函数，这意味着固体中的束缚电子必须克服单个原子核对它的吸引力才能从样品表面逃逸，也就是电子从表面逃逸所做的功。

上式可以表示为：EB=h -EC-ws。可以看出，当入射的X射线能量一定时，如果测量电子的功函数和动能，就可以得到电子的结合能。因为只有表面的光电子才能从固体中逸出，所以测得的电子结合能必须反映表面的化学成分。这是光电子能谱仪的基本测试原理。2仪器组成XPS是一种精确测量物质X射线激发产生的光电子能量分布的仪器，其基本组成如图所示。

与AES类似，XPS也有真空系统、离子枪、取样系统、能量分析器和探测器。XPS中的X射线源通常采用AlK(1486.6eV)和MgK(1253.8eV)，强度高，自然宽度小(分别为830meV和680meV)。虽然CrK和CuK辐射的能量更高，但它们不能用于高分辨率观测，因为它们的自然宽度大于2eV。

为了获得更高的观测精度，还使用了晶体单色仪(利用其对固定波长的色散效应)，但这会降低X射线的强度。样品被X射线激发的光电子通过电子能量分析器，然后根据电子的能量进入电子探测器。最后用X-Y记录仪记录光电子能谱。光电子能谱测量的是电子的动能。为了得到原子中电子的结合能，我们还必须知道功函数Ws。

它不仅与物质的性质有关，还与仪器有关。标准样品可用于校准仪器和计算功函数。3应用介绍XPS电子能谱曲线横坐标是电子结合能，纵坐标是光电子的测量强度(如下图所示)。所分析的元素可以根据XPS电子结合能标准手册来识别。

XPS是当代光谱学领域中最活跃的分支之一。虽然只有十几年的历史，但发展迅速，已广泛应用于电子工业、化学、能源、冶金、生物医学和环境等领域。XPS除了根据测得的电子结合能确定样品的化学成分外，最重要的应用是确定元素的结合态。

当元素处于化合物状态时，与纯元素相比，电子的结合能有一些小的变化，这种变化称为化学位移，表现在电子能谱线上，即谱峰的小位移。通过测量化学位移，我们可以知道原子的状态和化学键的情况。例如，在Al2O3中的三价铝和纯铝(零价)之间存在大约3电子伏特的化学位移，而在氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu2O)之间存在大约1.6电子伏特的化学位移。

这样就可以通过化学位移的测量来确定元素的结合状态，从而更好地研究表面成分的变化。

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