光电子能谱_近代仪器分析
仪器分析方法范文
仪器分析方法范文仪器分析方法是现代科学研究中的一种重要手段，通过对样品进行分析和检测，可以得出样品的成分、结构、性质和含量等信息。
仪器分析方法可分为物理方法、化学方法和生物方法等多种类型，下面将对一些常见的仪器分析方法进行介绍。
1.质谱分析法质谱分析法是一种通过对样品原子或分子进行离子化，利用其在电场中的质量-电荷比（m/z）差异进行分析的方法。
根据质谱仪器的不同，可分为质谱仪、气相色谱-质谱联用仪、液相色谱-质谱联用仪等。
质谱分析法在有机化学、天然产物分析、环境监测等领域得到了广泛应用。
2.光谱分析法光谱分析法是通过测量样品在不同波长或波数的电磁辐射下与光的相互作用，获得样品的光谱信息，从而获得样品的结构、成分和性质等信息。
根据测量的参数不同，可分为紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振光谱、质子共振波谱等。
3.色谱分析法色谱分析法是一种利用色谱柱将混合物中的组分进行分离的方法，再通过检测器对分离后的组分进行检测和分析。
根据移动相的不同，色谱分析法可分为气相色谱、液相色谱、超高效液相色谱等。
色谱分析法在生化分析、环境监测、食品安全等领域有着广泛应用。
4.电化学分析法电化学分析法是一种利用电化学原理对样品进行分析和测量的方法。
常用的电化学分析法包括电位滴定法、电位分析法、极谱法、电化学检测法等。
电化学分析法在电池材料研究、腐蚀分析、环境监测等方面有着重要应用。
5.能谱分析法能谱分析法是一种利用粒子或辐射与样品相互作用所产生的能谱信息进行分析的方法。
常用的能谱分析法包括γ射线能谱、中子活化分析、X 射线荧光光谱、电子能谱等。
能谱分析法在核工业、材料科学、生物医学等领域有着广泛应用。
6.其他仪器分析方法除了上述常见的仪器分析方法外，还有一些其他的仪器分析方法，如负电荷分析方法、光电子能谱、反射分光光度法、热分析法等。
总之，仪器分析方法是实现对样品进行定量和定性分析的一种重要手段。
不同的仪器分析方法在不同领域有着广泛应用，为科学研究和工业生产提供了强有力的支持。
现代仪器分析
一、名词解释第一章1、标准曲线: 标准系列的浓度(或含量) 和其相对应的响应信号测量值的关系曲线。
2、灵敏度: 物质单位浓度或单位质量的变化所引起响应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度，用S表示。
3、检出限: 某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，称为这种方法对该物质的检出限。
4、相关系数: 用来表征被测物质浓度（或含量）x与其响应信号值y之间线性关系好坏程度的一个统计参数。
相关系数定义为：5、仪器分析:某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。
6、分析化学:包括化学分析和仪器分析两大部分。
化学分析是分析化学的基础。
仪器分析是分析化学的发展方向。
测量常量组分常用化学分析，而测量微量或痕量组分时，则常用仪器分析。
二、填空题1、仪器分析包括（检测技术）和（分离技术）。
2、监测技术包括（光学分析法）和(电化学分析法)分离技术包括（色谱分析）（电泳分析）。
3、色谱技术主要包括（气相色谱）、（液相色谱）（超临界流体）。
4、分析仪器的基本结构包括(信号发生器)(检测器)(信号处理器）（读出装置）四部分组成。
5、分析化学的第一阶段标志工具是（天平）。
6、仪器分析定量分析主要评价指标：（准确度）（精密度）（标准曲线）（灵敏度）（检出限）三、简答题1、仪器分析可以分为哪几类？发展方向是什么？分为：1、光分析法：凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为光分析法。
可分为光谱法和非光谱法。
光谱法则是以光的吸收、发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。
这类方法比较多，是主要的光分析方法。
非光谱法是指那些不以光的波长为特征的信号，仅通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，干涉，衍射，偏振等）。
光分析法的分类：原子发射光谱，原子吸收光谱，紫外可见光谱，红外光谱，核磁谱，分子荧光光谱，原子荧光光谱2、电化学分析法：根据物质在溶液中的电化学性质建立的一类分析方法。
第八章光电子能谱
3. AES具有灵敏度高, 分析速度快的特点, 可用于: (1) 表面组成的定性和定量; (2) 表面元素的化学环境与化学键等
8.1 基本原理
1. 光电效应及其有关特点
光电子: 用短波长的光辐照分子, 光子有时会被分子吸收而导致电子 从分子中发射出来. 这种发射出来的电子就是光电子. 分子因失去电子而成为阳离子.
光电效应可以只吸收一个光子而发射出一个自由电子. 紫外和X射线光电子能谱就是研究这种单电子过程.
有时会涉及两个电子的变化, Auger能谱和X射线荧光光谱就是 研究这类过程.
在CO中, C 1s 的电离能为:295.8 eV 在CO2中, C 1s 的电离能为:297.8 eV 在CO中, O 1s 的电离能为:541.1 eV 在CO2中, O 1s 的电离能为:539.8 eV
O(-0.37)-C(+0.74)-O(-0.37) O(-0.17)-C(+0.17)
可见内层电子的电离能与化学 环境有关, 称为化学位移.
M h M e
其中 e- 为发射出的光电子.
按能量守恒关系, 有
E(M)
h
E(M
)
1 2
mev
2
从而光电子动能为:
1 2
mev2
h
(E(M
)
E(M) )
h
I
其中 I E(M ) E(M)
Байду номын сангаас
为分子的电离能
通过测定光电子的动能和它们的数目, 可得到光电子按其动能或电离能 的分布强度, 即光电子能谱图.
3. 电离过程和Koopmans定理
仪器分析的发展与应用
仪器分的发展与应用仪器分析的发展历程：经过19世纪的发展，到20世纪20～30年代，分析化学已基本成熟，它不再是各种分析方法的简单堆砌，已经从经验上升到了理论认识阶段，建立了分析化学的基本理论，如分析化学中的滴定曲线、滴定误差、指示剂的作用原理、沉淀的生成和溶解等基本理论。
20世纪40年代以后，一方面由于生产和科学技术发展的需要，另一方面由于物理学革命使人们的认识进一步深化，分析化学也发生了变革，从传统的化学分析发展为仪器分析。
现代仪器分析涉及的范围很广，其中常用的有光学分析法、电化学分析法和色谱法。
光学分析法是基于人们对物质光谱特性的认识而发展起来的一种分析测定方法。
17世纪牛顿将白光分成了光谱以后，科学家对光谱进行了研究。
19世纪前半期，人们已经把某一特征谱线和某种物质联系了起来，并提出了光谱定性分析的概念。
在此基础上，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫合作设计并制造了第一台用于光谱分析的光谱仪，实现了从光谱学原理到光谱分析的过渡，产生了一种新的分析方法即光谱分析法。
19世纪后半期，人们又对光谱定量分析的可能性进行了探讨。
1874年，洛克厄通过大量实验得出结论，认为光谱定量分析只能依据光谱线的强弱。
到20世纪，用光电量度法测定了光谱线的强度，后来，光电倍增管被应用于光谱定量分析。
与此同时，利用物质的吸收光谱的吸收光度法，也得到了发展。
电化学分析法是利用物质的电化学性质发展起来的一种分析方法。
首先兴起的是电重量分析法。
美国化学家吉布斯把电化学反应应用于分析化学中，用电解法测定铜，后来这种方法被广泛应用于生产中。
电重量分析法存在着耗时长、易氧化等缺点，化学家在研究中把物质的电化学性质与容量分析法结合起来，发展了一种新方法，这就是电容量分析法。
电容量分析法中发展较早的是电位滴定法，其后，极谱分析法和库仑分析法也相继发展起来。
色谱分析法是基于色谱现象而发展起来的一种分析方法。
1906年，俄国植物学家茨维特认识到所谓色谱现象和分离方法有密切联系，而且对分离有重大意义。
XPS能谱在配位化学中的应用
XPS能谱在配位化学中的应用X射线光电子能谱(XPS)又称为化学分析用电子能谱法(ESCA)，是近年来发展最快的仪器分析技术之一。
应用XPS研究配合物能直接了解中心离子内层电子状态及与之相结合的配体的电子状态和配位情况，可获得有关电荷转移的信息，对于中心离子的电子结构、配位键的形成及其性质等的研究，其结果很具有说服力。
现在，XPS已成为研究配合物的有力工具。
一、XPS研究配合物的原理利用XPS已成为研究配合物的原理是这样的:具有足够能量的入射光子和样品中的原子相互作用时，单个光子把它的全部能量转移给原子中某壳层上一个受束缚的电子，如果能量足以克服原子其余部分对此电子的束缚作用，电子即以一定的动能发射出去。
利用检测器测量发射出的光电子动能，可以得到样品中原子的电子结合能。
分子内原子的电子结合能反映了它们所处的化学环境。
在配合物中，影响结合能大小的因素包括:?配合物的立体结构，?配合物的电负性。
?中心离子的氧化态，?配体电荷的转移。
在配合物的XPS研究中，振激(shake-up)伴峰反映了中心离子的电子结构及配体和金属离子的相互作用，多重裂分(Multi-plet splitting)反映了中心离子的内层电子状态，对于研究配合物的结构特性极为有用。
二、利用XPS研究配合物的实例2.1 N,配体配合物的研究。
XPS谱峰显示HEDTA和NaHEDA分子中两个N都质子化了。
两者的422N1s谱峰很相似，在约402.4eV处有一单峰。
而在配合物NaEDTA，MgEDTA，42CaEDTA中其N原子未质子化，在400.2eV处有一个单峰。
所以在RN:和23+RN:H两种构型中，N1s谱峰约有2.2eV的化学位移，对于配合物MgHEDTA322的XPS谱峰分析，在399.2众和402.2eV处有两个强峰。
由此可知该分子中一个N 原子质子化了，另—个N原子末质子化。
XPS可用来区分配体在界内(inner-sphere)或界外(Out-sphere)。
X射线光电子能谱分析法
X射线光电子能谱分析法X射线光电子能谱分析法（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）是一种非常重要的表面分析技术，广泛应用于材料科学、化学、表面物理、生物技术和环境科学等领域。
本文将对X射线光电子能谱分析法进行详细介绍，包括基本原理、仪器分析系统和应用领域。
一、基本原理X射线光电子能谱分析法是利用X射线照射固体表面，使其产生光电子信号，并通过测量光电子的动能和数量，来确定样品表面的化学成分及其状态。
其主要基于光电效应（photoelectric effect）和X射线物理过程。
光电效应是指当光子入射到固体物质表面的时候，会将表面电子激发到导带或导带以上的能级上，并逃离固体形成受激电子。
这些逃逸的电子称为光电子，其动能与入射光子的能量有关。
X射线物理过程主要包括光子的透射、散射和与原子内电子的相互作用等。
当X射线入射到固体表面时，会发生漫反射和荧光特性，造成信号的背景噪声。
同时，X射线的能量足够高，可以与样品的内层电子发生作用，如光电子相对能谱（Photoelectron RELative Energies）和化学平移分量（Chemical Shift）等。
二、仪器分析系统X射线光电子能谱分析系统包括光源、样品室、分析仪和检测器等。
光源常用的是具有较窄X射线能谱线宽的准单色X射线源，如AlKα线或MgKα线。
样品室的真空度一般要达到10^-8Pa左右，以避免空气对样品的干扰。
分析仪是用于测量光电子动能和数量的关键部件，常见的配备有放大器、电子能谱仪和角度分辨收集器等。
放大器将来自检测器的信号放大，并进行滤波处理以滤除高频噪声。
电子能谱仪是用于测量光电子动能的装置，一般包括一个径向入射、自由运动的光电子束和一个动能分析系统。
角度分辨收集器则用于测量光电子的角度分布。
检测器用于测量光电子的数量，常见的有多种类型的二极管（如能量分辨二极管和多道分析器）和面向瞬态X射线源的时间分辨仪器。
光电子能谱
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2020/11/5
光电子能谱
• 引言
• 固体表面分析已发展为一种常用的仪器分析方法，
特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。目前
常用的表面分析方法有：
•X射线光电子能谱(XPS): 应用面广泛, 更适合于化学
•
领域的研究；
•俄歇电子能谱(AES): 主要用于物理方面的固体材料；
➢ 表面元素的定性分析 ➢ 表面元素的半定量分析 ➢ 表面元素的化学价态分析 ➢ 元素沿深度方向的分布分析 ➢ XPS伴峰分析技术
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光电子能谱
➢ 表面元素的定性分析
➢对于金属和半导体样品由于不会荷电，因此不用校准。但对 于绝缘样品，则必须进行校准。因为，当荷电较大时，会导致 结合能位置有较大的偏移，导致错误判断。 ➢激发出来的光电子依据激发轨道的名称进行标记。如从C原 子的1s轨道激发出来的光电子用C1s标记。 ➢由于X射线激发源的光子能量较高，可以同时激发出多个原 子轨道的光电子，因此在XPS谱图上会出现多组谱峰。 ➢由于相近原子序数的元素激发出的光电子的结合能有较大的 差异，因此相邻元素间的干扰作用很小。
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光电子能谱
催化剂表面的Co物种主要为Co2+，Co2+(2p3/2, 1/2) = 781.0 和 797.0 eV (B.E.) 的 Co物种可以分别指认为Co(OH)2 和/或Co-Mo-Ox (3 ≤ x ≤ 4)二元氧化物簇 的贡献；此外，780.0 和796.0 eV (B.E.)处的肩峰暗示催化剂表面存在少量
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光电子能谱
•方法原理-光电效应
XPS基于光电离作用，当一束光子辐照到样品表 面时，光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子 所吸收，使得该电子脱离原子核的束缚，以一定的动能 从原子内部发射出来，变成自由的光电子，而原子本身 则变成一个激发态的离子。 在光电离过程中，固体物质 的结合能可以用下面的方程表示：
现代仪器分析方法
物理方面：利用EPR对半导体掺杂的研究，可指导采用不同的掺杂技术获取不同性质的半导体。
EPR应用
◆质谱不属波谱范围
◆质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量 的改变无关
◆质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对 强度的谱, 谱图与分子结构有关
◆质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快
◆质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式的 方法, 而分子式的确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。
分子中含有S, C数目=(9.80.8)/1.18
H数目=15432128=26
不合理 分子式为C8H10OS
例：化合物的质谱图如下，推导其分子式
1
设： 分子离子峰：72, 72–58=14 ？
2
73, 73–58 = 15 合理
物理量
核能级 电子能级 分子振动-转动能级 电子自旋能级 核自旋能级
分子体系吸收的电磁辐射的能量，总是等于体系的两个允许状态能级的能量差，可用ΔE表示。与ΔE相匹配的辐射能的波长或频率可表示如：
ΔE＝E2－E1
电磁波与光谱的关系：
范围 光区 光谱类型 跃迁类型 10-4～10-2nm -ray MÖssbauer谱 核能级跃迁 10-2～1 nm X-ray X-光电子能谱 核内层电子能级 100～400nm 紫外光区 紫外光谱 核外层电子（价 400～800nm 可见光区 可见光谱 电子或非键电子) 2.5～25m 红外光区 红外光谱 分子振动-转动 (4000～400cm-1) ～1 cm 微波区 微波谱 分子转动能级 顺磁共振谱 电子自旋能级 （磁诱导） 50～500cm 射频区 核磁共振谱 核自旋能级 (600～60MHz, 无线电波区） （磁诱导）
光电子能谱分析法基本原理
光电子能谱分析法基本原理光电子能谱分析法（Photoelectron Spectroscopy，简称PES）是一种常用的表征材料的表面化学成分和电子结构的技术手段。
它利用光电效应，通过测量电子从材料表面逸出时的动能来分析材料的电子结构。
PES的基本原理是根据光电效应，当光照射到金属或半导体表面时，光子与金属或半导体表面原子或分子发生相互作用，将部分能量转移给表面电子。
如果光子的能量大于电子的束缚能，则电子可以从材料表面逸出，形成光电子。
PES实验装置通常由以下几个部分组成：光源、光电样品、能量分辨光电子能谱仪和电子能量分析器。
光源通常选择高能紫外光源，因为紫外光具有较高的能量，能够满足电子逸出的需求。
光源产生的光经过透镜系统聚焦在样品表面。
样品由所要研究的物质构成，它可以是单晶、多晶、薄膜等形式。
光电样品的选择要根据具体的实验目的来确定。
能量分辨光电子能谱仪用于检测通过逸出的光电子信号，并将其转化为电信号。
电子能量分析器用于测量光电子的能量，并提供电子能谱。
在实验中，光子通过与表面原子或分子相互作用，将其能量转移给电子，使电子克服束缚势能逸出表面。
逸出电子的动能与初级光子的能量差有关：E_kin = hν - Φ其中，E_kin是逸出电子的动能，h是普朗克常数，ν是光子的频率，Φ是材料的逸出功。
逸出电子的动能与所施加的电场强度有关。
通过控制电场强度，可以调节电子的动能，进而对应不同的束缚能级进行分析。
PES实验中的光电子能谱提供了关于材料中电子的能量分布和态密度的丰富信息。
通过分析能谱图，可以确定材料的能带结构、元素组成、原子价态等重要参数。
例如，能谱图中的峰值对应不同能级的电子逸出，峰的位置和峰的强度可以揭示材料的能带结构和电子填充态。
同时，通过测定PES中的峰的位置和强度的变化，还可以研究材料的电子结构在外界条件变化下的响应和调控。
总结起来，光电子能谱分析法基于光电效应，通过测量光子与材料表面原子或分子的相互作用，进而测量逸出电子的动能，来研究材料的电子结构和化学成分。
现代仪器分析综述
现代仪器分析综述（1309011025 韩武)现代仪器分析为现代分析化学奠定了雄厚的学科理论基础—-信息理论，使现代仪器分析已经成为分析化学极其重要的组成部分，现代仪器分析所采用的分析仪器是化学、光学、电学、磁学、机械及计算机科学等现代科学综合发展的产物，仪器本身就是科学技术水平的标志。
若能充分利用现代仪器分析方法和技术，就能更加全面、准确地认识物质世界, 进一步促进科学技术向纵深发展。
1、现代分析仪器的发展及发展趋向现代仪器分析是在化学分析的基础上逐步发展起来的一类分析方法，现代分析仪器对科技领域的发展起着关键作用,一方面科技领域对分析仪器不断提出更高的要求,另一方面随着科学技术的飞速发展，新材料、新器件不断涌现又大大推动了分析仪器的快速更新,同时为仪器分析中老方法的不断更新、新方法的不断建立提供了物质和技术基础，大大地促进了现代仪器分析的快速发展。
现代分析仪器的发展趋向主要有以下特点：向多功能化、自动化和智能化方向发展，向专用型和微型化方向发展，向多维分析仪器方向发展,向联用分析仪器方向发展。
仪器分析的最主要的功能是人类五官感触的延伸，人类智慧利用了光、电和磁的物理特性通过物理和化学手段将微小的物理量放大，而获得感知小型化集成化（芯片)、多功能化（联用技术）和高稳定、高灵敏度检测是仪器分析发展的最高境界.20 世纪 70 年代中期首先出现了二维气相色谱技术，70 年代后期迅速发展了二维质谱技术和二维核磁共振波谱技术。
二维气相色谱技术可使用一种流动相在两根串联的色谱柱上对组成复杂的样品实现完全分离：二维质谱技术可同时提供强的碎片离子峰和强的分子离子峰,从而获得完整的结构信息；二维核磁共振波谱技术可提供固体物质、生物大分子的三维结构,显示原子核在样品中分布的立体图像。
由上述分析仪器的发展和发展趋向 ,可知现代分析仪器是一种高科技产品，它综合采用了各种技术的最新成果,在不断创新与自身发展的同时，又为各个科技领域的研究和发展提供有力的手段和重要的信息.2、现代仪器分析的内容和分类现代仪器分析方法内容丰富，种类繁多，每种方法都有相对独立的物理及物理化学原理,现已有三四十种，新的方法还在不断地出现。
光学光谱各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法——牛人总结，留着备用来源：刘艳的日志紫外吸收光谱UV分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法FS分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息红外吸收光谱法IR分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法Ram分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法NMR分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法GC分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关反气相色谱法IGC分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数裂解气相色谱法PGC分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型凝胶色谱法GPC分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布热重法TG分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区热差分析DTA分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息示差扫描量热分析DSC分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息静态热―力分析TMA分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态动态热―力分析DMA分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化谱图的表示方法：模量或tgδ随温度变化曲线提供的信息：热转变温度模量和tgδ透射电子显微术TEM分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等扫描电子显微术SEM分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等原子吸收AAS原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。
X射线光电子能谱--仪器分析
1.3.2 光电子特征峰伴峰
(1) 振激 ( Shake up ) (2) 振离 ( Shake off ) (3) 能量损失 ( Energy loss ) (4) X射线伴峰 (X-ray satellites ) (5) 多重分裂 (Multiplet splitting ) (6) 俄歇电子 (Auger electron )
氧化态增加
化学位移增加
例2 BeF2和BeO中 的Be具有相同的氧化 数(+2),
电负性Ｆ＞Ｏ,
所以Be在BeF2中比 在BeO中具有更高的 氧化态.
例3 电负性 FOCH
四个碳原子在分 子中所处的化学 环境不同
所以在谱图上出 现四个位移不同 的C1s峰
2.3 定量分析
物理模型计算法 影响因素多,误差大, 运用不多
X射线光电子能谱
X射线光电子能谱能解决什么问题？ X射线光电子能谱怎样识别？ X射线光电子能谱要注意那些问题？
内容
１ 基本原理及谱的认识 ２ 定性、定量分析和深度分析 ３ 实验时应注意的问题
１ 基本原理及谱的认识
1.1 概述 1.2 基本原理 1.3 谱的认识 1.4 非导电样品的荷电校正
1.1 概述
基态有未成对电子的原子中. 当价层能级有未成对电子的原子内层光致电离
而形成一个空穴后,空穴导致的内层未成对电子同 价层中未成对电子发生自旋相互作用(偶合),形成 不同终态离子,结果在谱图上出现多重分裂峰.
Fe3s峰的多重分裂
Fe2(SO4)3 K4FeCN6
1.3.2 光电子特征峰伴峰
过渡金属具有未充满 的d轨道
☻俄歇电子的动能与激发源的能量无关.
☻俄歇电子峰的能量也能反映化学位移效应.
测量光子能量谱的Photoemission Spectroscopy实验
测量光子能量谱的PhotoemissionSpectroscopy实验引言：光子能量谱是现代物理研究中的重要课题之一，在材料分析、电子能带结构测量等领域都具有广泛的应用价值。
Photoemission Spectroscopy（光电子能谱仪）是一种常用的实验方法，通过测量材料中光子与电子的相互作用，可以获得电子能量与强度之间的关系，从而揭示材料的电子能带结构和表面态等信息。
本文将详细介绍光电子能谱仪的实验原理、实验准备、实验过程以及实验在相关领域的应用和其他专业性角度。
一、实验原理：1. 光电效应（photoelectric effect）：光电效应是指光子与物质相互作用时，光子的能量被转移给物质中的电子，从而使电子从物质中逸出的现象。
光电效应的基本方程可以用普朗克（Planck）的光量子假设来描述：E = hf其中，E为光子的能量，h为普朗克常量（6.62607015 × 10^-34 J·s），f为光子的频率。
当光子的能量大于材料中电子的束缚能（work function），电子就可以逸出材料表面，产生光电子。
2. 光电子能谱仪（PES）：光电子能谱仪是一种测量材料中光电效应的仪器，主要由光源、样品室、能谱仪和探测器等组成。
在实验中，首先通过分析材料的表面状态（由于表面与体内的能带结构不同），在样品室中制备出一个完美的样品表面。
然后利用光源发射出一个特定能量的光子束，束经过偏转和准直系统，进入样品室与表面相互作用。
与表面相互作用后获得的光电子将被能谱仪接收，最终通过探测器测量光电子的能量和强度。
二、实验准备：1. 实验设备：光电子能谱仪主要由光源、样品室、能谱仪和探测器等组成。
光源一般使用紫外光源或X射线源，而能谱仪则由准直器、能量分析器等部分构成。
探测器能够测量光栅片上的光电子能量和强度。
2. 样品准备：选择适当材料作为样品，并制备出一个完美的表面。
在实验中，为了保证表面的纯净度和稳定性，常常在样品表面上制备一个单晶样品或者在表面进行等离子体清洗。
26种仪器分析的原理及谱图方法大全
26种仪器分析的原理及谱图方法大全1.紫外吸收光谱 UV分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息2.荧光光谱法 FS分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息3.红外吸收光谱法 IR分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率4.拉曼光谱法 Ram分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率5.核磁共振波谱法 NMR分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息6.电子顺磁共振波谱法 ESR分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息7.质谱分析法 MS分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息8.气相色谱法 GC分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关9.反气相色谱法 IGC分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数10.裂解气相色谱法 PGC分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型11.凝胶色谱法 GPC分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布12.热重法 TG分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区13.热差分析 DTA分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区14.示差扫描量热分析 DSC分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息15.静态热―力分析 TMA分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态16.动态热―力分析 DMA分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化谱图的表示方法：模量或tgδ随温度变化曲线提供的信息：热转变温度模量和tgδ17.透射电子显微术 TEM分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等18.扫描电子显微术 SEM分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等19.原子吸收AAS原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。
5光电子能谱分析
h Ek' Eb ' Eb h Ek' '
由于Φ’是谱仪的功函数，与样品无关，是固定值， 一的般X射仪线器能的量功，函也数是约已4e知V，的即，是于已是知只的要。在h实ν是验实中E验k测' 时得选光用电 子的动能，就可以计算Eb了。
3 XPS的仪器Instrumentation for XPS
9.2
1263.1
5.1
1271.0
0.8
1274.2
0.5
1302.0
2.0
Al 靶
能量(eV)
相对强度
1486.7
67.0
1486.3
33.0
1492.3
1.0
1496.3
7.8
1498.2
3.3
1506.5
0.42
1510.1
0.28
1557.0
2.0
❖X射线光电子谱仪
➢ 作为X射线光电子谱仪的激发源，希望其强度大、单色性好。
率高，可以作包括H元素的成分分析，而且还可以分析同位素。 （2）紫外光电子能谱（UPS）
激发源：紫外光 发射源（信号）：价电子 （3）俄歇电子能谱（AES) 激发源：电子、X射（XPS）又称电子能 谱化学分析（ESCA： Electron Spectroscopy for Chemical Analysis ））
1 激发光源——X射线（软X射线；Mg Kα : hv = 1253.6 eV； Al Kα : hv = 1486.6 eV）或UV；
2 电子能量分析器-对应上述能量的分析器，只可能是表面 分析；
3 高真空系统：超高真空腔室super-high vacuum chamber （ UHV避免光电子与气体分子碰撞的干扰。
如何进行物理实验中的光电子能谱测量
如何进行物理实验中的光电子能谱测量光电子能谱测量是一种重要的物理实验方法，可以帮助科学家研究材料的电子结构和电子能级分布，对于理解材料的性质和开发新的功能材料具有重要意义。
在本文中，我将探讨如何进行物理实验中的光电子能谱测量，并介绍一些相关的仪器和技术。
首先，进行光电子能谱测量需要使用光源。
通常使用的光源是紫外光或X射线。
紫外光常用于表面物理实验中，而X射线则可以提供更高的能量和更高的分辨率。
为了确保实验结果的准确性，光源需要具备稳定的辐射强度、波长可调节以及较小的能量分散。
其次，光电子能谱测量需要使用能谱仪器来记录和分析光电子的能谱数据。
能谱仪常见的类型有球面能谱仪和平面能谱仪。
球面能谱仪适用于测量高能的光电子，具有较高的能量分辨率；平面能谱仪则适用于测量低能的光电子，分辨率较低但可提供更大的光电子接受角度。
在实验中，科学家需要根据实验需求选择适合的能谱仪器。
在进行光电子能谱测量之前，科学家需要准备样品。
样品的制备是物理实验中非常关键的一步，对于光电子能谱测量也不例外。
对于固体材料，样品需要被抛光和清洗，以确保表面光洁度，减少表面污染对测量结果的影响。
对于气体或液体材料，科学家需要使用合适的装置将其与光学系统连接，并保持样品的稳定状态。
然后，科学家需要调整光源的辐射强度和波长，以及能谱仪的工作参数。
在进行光电子能谱测量之前，科学家需要对仪器进行校准，以确保数据的准确性。
此外，科学家还需要根据样品特性和实验需求选择合适的辐射能量和探测角度。
接下来，科学家可以开始进行光电子能谱测量了。
在进行测量之前，他们需要将样品放置在光学系统的焦点位置，并确保光束与样品的相互作用时间足够长。
当光子与样品相互作用时，能量足够大的光电子会被抛射出来。
这些光电子被能谱仪器接收并转化为电信号，最终形成能谱图。
最后，科学家需要对测得的能谱数据进行分析和解释。
能谱数据可以提供关于样品的电子结构、能级分布以及表面化学状态等信息。
光电子能谱技术在材料科学中的应用
光电子能谱技术在材料科学中的应用光电子能谱技术（photoelectron spectroscopy, PES）是一种利用光电效应研究物质表面与界面的电子结构的技术手段。
随着科技的飞速发展，光电子能谱技术在材料科学中的应用越来越广泛。
本文将从理论基础、技术原理和应用前景三个方面探讨光电子能谱技术在材料科学中的应用。
一、理论基础在探索光电子能谱技术在材料科学中的应用前，我们先来了解一下光电效应。
光电效应也称为光电发射，它是光与物质相互作用时，部分光子的能量转移到物质之中的电子上，使其脱离原子或分子，进入自由状态的过程。
光电效应是描述光与物质相互作用的重要现象，它可被量化成电子从物质界面逃逸出来所需的最小光子能量。
基于光电效应，人们设计了一种实验技术，也就是我们今天所要探讨的光电子能谱技术。
该技术可分为紫外光电子能谱（ultraviolet photoelectron spectroscopy, UPS）和X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）两类。
UPS主要用于表征固体表面分子的电子能级结构，而XPS则用于表征材料的表面组成和化学状态。
两种技术的原理相似，都是通过测量光电子的能量来研究材料表面与界面的电子结构。
二、技术原理我们以XPS为例，来探讨一下光电子能谱技术的具体原理。
XPS主要是通过在真空环境下照射样品表面的X光，使样品表面的原子中的电子被激发，部分电子逃逸出样品表面，并被一个电子能量分析仪捕获。
电子能量分析仪通常采用单色器和球差校正透镜或飞行时间质谱方法进行能量和质量的分析。
通过对逃逸电子的能量和强度进行统计分析，得到不同元素的化学计量比、化学键状态以及各个成分之间的相对含量。
由此，我们可以了解材料表面的元素组成和化学键状态，对于研究材料的性质和应用具有非常重要的意义。
三、应用前景在材料科学中，光电子能谱技术被广泛运用于研究材料的表面与界面的电子结构和化学反应。
现代仪器分析
现代仪器分析一、论述题1、举例说明如何基于X射线粉末衍射分析中所获衍射谱图，即衍射线的位置、强度和线性进行样品分析。
X射线是电磁波，入射晶体时基于晶体结构的周期性，晶体中各个电子的散射波相互干涉。
衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小，衍射强度是由晶胞中各个原子及其位置决定的。
当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。
这就是X射线衍射的基本原理。
衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程示： 2dsinθ=nλ，n =1,2…式中d 为晶面间距；n 为反射级数；θ为掠射角；λ为X 射线的波长。
布拉格方程是X 射线衍射分析的根本依据。
如图为某样品的XRD 图，用Jade 进行初步分析得可能为金单质。
图2为Au 单质的标准值，图3为样品的指标数。
图1 某样品的XRD 图图2 Au 单质XRD 的标准值 图3 样品的XRD 指标数由图1可得，样品半宽高较高，说明结晶度好。
由图2与图3对比可知，Au 单质的标准值在样品中均可找到，且衍射线尖锐，衍射角和相对强度与标准值一致，说明样品较纯，完整性高。
但样品中还102030405060702存在很多微弱的峰，说明样品中虽然金的含量很高，但还是存在较少的杂质。
2、X射线光电子能谱分析能得到哪些信息？元素化学态如何鉴别？答：从X射线光电子能谱分析可得的信息有：①元素定性分析各种元素都有它的特征的电子结合能，因此在能谱图中就出现特征谱线，可以根据这些谱线在能谱图中的位置来鉴定周期表中除 H 和 He 以外的所有元素。
通过对样品进行全扫描，在一次测定中就可以检出全部或大部分元素。
②元素定量分折X 射线光电子能谱定量分析的依据是光电子谱线的强度(光电子蜂的面积)反映了原于的含量或相对浓度。
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X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展 7.2.2 特点
X射线光斑尺寸20μm~500 μm可调 单色化X射线，XPS分辨率达到 0.47eV 样品受到X射线伤害较少。
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展 7.2.3 应用
特定区域分析 线分布或面分布
X射线光电子能谱(XPS)
对于某些材料，光电子在离开样品 表面的过程中，可能与表面的其它电子相
互作用而损失一定的能量，而在XPS低动能
侧出现一些伴峰，即能量损失峰。
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.5 定量分析
I＝ nfσψγAλ 式中：I— 峰强度 n — 每cm2的原子数 f — X射线通量（光子∕cm2· s） σ— 光电截面积（cm2） ψ — 与X射线和出射光电子的夹角有关因子 γ — 光电产额（光电子∕光子） A — 采样面积（cm2） T — 检测系数 λ — 光电子的平均自由程（cm）
检测限：0.1%
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.1 能量标定
Al K Cu 3p Au 4f7/2 Ag 3d5/2 Cu L3MM Cu 2p3/2 Ag M4NN 75.140.02 83.980.02 368.270.02 567.970.02 932.670.02 1128.790.02 Mg K 75.130.02 84.000.01 368.290.01 334.950.01 932.670.02 895.760.02
x hv
Al kα 1486eV Mg kα 1253eV
X射线光电子能谱(XPS)
4、X射线光电子能谱仪
Mg X射线 K1 K2 能量(eV) 1253.7 1253.4 相对强度 67.0 33.0 能量(eV) 1486.7 1486.3
Al 相对强度 67.0 33.0
K’
K3 K4 K5 K6 K
X射线光电子能谱(XPS)
3、原理
3.4、电子自由程 电子自由程为10nm，只有表面上的电子可 以溢出。
X射线光电子能谱(XPS)
4、X射线光电子能谱仪
X射线光电子能谱(XPS)
4、X射线光电子能谱仪 4.1 结构
X射线光电子能谱(XPS)
4、X射线光电子能谱仪 4.2 X射线源
金属
e Al、 Mg
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.4.2 鬼峰（ghost peaks）
由于X射源的阳极可能不纯或被污染，
则产生的X射线不纯。因非阳极材料X射线
所激发出的光电子谱线被称为“鬼峰”。
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.4.3 能量损失峰
X射线光电子能谱(XPS)
1、历史
1969年，凯.西格班和HP合作生产出第一 台XPS仪器 1981年，凯.西格班因对XPS的贡献获诺 贝尔奖金
X射线光电子能谱(XPS)
2、XPS应用
测定材料表面组成 测定元素在化合物中的价态和结合态
X射线光电子能谱(XPS)
3、原理
3.1 光电效应
6、XPS分析
优点：非破坏性，不改变样品的状态
缺点：①分析深度有限
②角度旋转后，分析面积变化
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.3.3 角分辨XPS
e
e X-ray e
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.4 特异峰 6.4.1 卫星峰（satellite peaks） X射线一般不是单一的特征X射线， 而是还存在一些能量略高的小伴线， 所以导致XPS中，除K1,2所激发的主 谱外，还有一些小峰。
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 7.1.1 单色化原理
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展
反 射 面 法 线
n＝2d sin
布拉格方程 （Bragg equation）
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展
一束可见光光以任意角度 投射到镜面上都可以产生反射，
7、XPS仪器新进展
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展 7.3 成像 XPS 原理
用平行成像法进行成像XPS 分析 时,光电子进入多通道板,经过放 大后变成电子脉冲信号,后者打在 荧光板上产生光信号,并存储于相 应的像元中
X射线光电子能谱(XPS)
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展 7.2 小束斑XPS 7.2.1 原理
Torroidal Crystal
Anode
Electron Gun
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展
X射线在样品上的光斑大小 与电子打在金属（阳极）上的 光斑大小近似。调节电子斑大 小即可调节X射线光斑大小。 聚焦电子束，调节电子斑尺 寸。
决定体系化学反应 原子上电子分为： 1、价电子；2、内层电子
1）内层电子的结合能在一个窄的范围内 基本是一个常数，具有原子的特征性质。 2）内层电子随着原子化学环境的不同， 仍有小的可以测量的变化。
X射线光电子能谱(XPS)
3、原理
3.3、电子结合能化学位移 电子结合能位移： 原子的一个内壳层电子的结 合能受核内电荷和核外电荷分布的的影响。任何引 起这些电荷分布发生变化的因素都有可能使原子内 壳层电子的结合能产生变化。 化学位移：由于原子处于不同的化学环境(如价 态变化或与电负性不同的原子结合等)发生改变， 所引起的结合能位移。 物理位移： 由于物理因素(热效应、表面电荷、 凝聚态的固态效应等)而引起的结合能的位移。
1258.2
1262.1 1263.1 1271.0 1274.2 1302.0
1.0
9.2 5.1 0.8 0.5 2.0
1492.3
1496.3 1498.2 1506.5 1510.1 1557.0
1.0
7.8 3.3 0.42 0.28 2.0
X射线光电子能谱(XPS)
4、X射线光电子能谱仪 4.3 UHV室－分析室 目的：① 清洁样品表面 ② 减少空气分子与电子的碰撞
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析
令 S =σψγAλ 为灵敏度因子
n1 I1 S1 ＝2d sin n2 I 2 S 2
Cx
nx I S x x ni Ii Si
i i
已知Si, 测得I
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展 7.1 单色化XPS X射线不纯所造成的不利影响： 1、卫星峰 2、分辨率不高 3、谱图背底高
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.2 荷电效应
表面电子逸出后，绝缘样品 表面带正电荷，形成额外电场。 使XPS镨线结合能偏离正常位置， 称为荷电效应。
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.2.1 标定
标准样：Ag3d5/2 368.2eV Au4f7/2 84.0eV 污染炭： C1s 284.8eV
X射线光电子能谱(XPS)
5、特点 5.2 检测元素
Li（3）～U（92）
X射线光电子能谱(XPS)
4、X射线光电子能谱仪
X射线光电子能谱(XPS)
5、特点 5.3 测试厚度
金属 氧化物 有机物和聚合物
0.5-2nm 2-4nm 4-10nm
X射线光电子能谱(XPS)
5、特点 5.4 灵敏度
离子注入： Ar2p3/2 245.0eV
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.2.2 电荷补偿
① 低能电子枪
发射电子，将内标补偿到标准位置
② 电子离子枪
可同时发射电子和离子，将内标补偿到标
准位置
X射线光电子能谱(XPS)
6、XPS分析 6.3 深度分析
材料不同深度上元素及键合态的分析
6.3.1 离子溅射
光电子能谱
光电子能谱种类
X射线光电子能谱(XPS) X-ray Photoelectron Spectroscopy 紫外光电子能谱(UPS)
Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy
X射线光电子能谱(XPS)
1、历史
1877年，赫斯（heinrich Rudolf Hertz） 发现光电效应 1907年，P.D.Inne用半球磁场和感光板 记录到不同速度电子 1954年，瑞典乌普沙拉（Uppsala）大 学的凯.西格班（Kai M. Siegbahn）领导 的研究组得到第一张XPS谱图
电子摆脱原子核束缚 所需要的能量
hv Eb Ek
电子脱离样品后的动能
X射线光电子能谱(XPS)
3、原理
Eb电子结合能
原子中的电子变为真空中的静 止电子所需要的能量 特定原子、特定轨道上的电子 的结合能为定值
Eb＝hv Ek
X射线光电子能谱(XPS)
3、原理
3.2 原子内层电子的稳定性
而原子面对X射线的反射并不是 任意的，只有当、、d三者之 间满足布拉格方程时才能发生 反射。
X射线光电子能谱(XPS)
7、XPS仪器新进展 7.1.2 单色化XPS优点
X射线的宽度从0.9eV降低到0.25eV, 单色化后的XPS的分辨率高出很多， 达到0.47eV。能得到更多化合态信 息 卫星峰、鬼峰消失 样品受到X射线伤害较少。
机械泵－扩散泵－分子泵－升华泵