3.4-光电子能谱XPS讲解
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X射线光电子能谱(XPS)原理课件ppt
其结合能均为284.6 eV；而在C60材料 中，其结合能为284.75 eV。由于C 1 峰的结合能变化很小，难以从C1s峰 结合能来鉴别这些纳米碳材料。C60材 料的震激峰的结构与石墨和碳纳米管
材料的有很大的区别
2021/3/10
20
例5：确定二氧化钛膜中+4价和+3价的比例。 对不同价态的谱峰分别积分得到谱峰面积；
振激峰也是出现在其低能端，比主峰 高几ev，并且一条光电子峰可能有几 条振激伴线。（如右图所示）
强度I
振离峰
主峰 振激峰
2021/3/10
动能Ek
15
XPS谱图的解释步骤：
• 在XPS谱图中首先鉴别出C、O的谱峰（通常比较明
显）。 • 鉴别各种伴线所引起的伴峰。 • 先确定最强或较强的光电子峰，再鉴定弱的谱线。 • 辨认p、d、f自旋双重线，核对所得结论。
查各价态的灵敏度因子，利用公式求各价态的比 例。
2021/3/10
21
例6：化学结构分析 依据：原子的化学环境与 化学位移之间的关系；
羰基碳上电子云密度小， 1s电子结合能大（动能小 ）；峰强度比符合碳数比 。
2021/3/10
22
谢谢观赏
2021/3/10
23
放映结束 感谢各位的批评指导！
素的灵敏度具有相同的数量级。
• （2）相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干 扰较少，元素定性的标识性强。
• （3）能够观测化学位移。化学位移同原子氧化态、 原子电荷和官能团有关。化学位移信息是XPS用作 结构分析和化学键研究的基础。
• （4）可作定量分析。既可测定元素的相对浓度，又 可测定相同元素的不同氧化态的相对浓度。
2021/3/10
材料的有很大的区别
2021/3/10
20
例5：确定二氧化钛膜中+4价和+3价的比例。 对不同价态的谱峰分别积分得到谱峰面积；
振激峰也是出现在其低能端，比主峰 高几ev，并且一条光电子峰可能有几 条振激伴线。（如右图所示）
强度I
振离峰
主峰 振激峰
2021/3/10
动能Ek
15
XPS谱图的解释步骤：
• 在XPS谱图中首先鉴别出C、O的谱峰（通常比较明
显）。 • 鉴别各种伴线所引起的伴峰。 • 先确定最强或较强的光电子峰，再鉴定弱的谱线。 • 辨认p、d、f自旋双重线，核对所得结论。
查各价态的灵敏度因子，利用公式求各价态的比 例。
2021/3/10
21
例6：化学结构分析 依据：原子的化学环境与 化学位移之间的关系；
羰基碳上电子云密度小， 1s电子结合能大（动能小 ）；峰强度比符合碳数比 。
2021/3/10
22
谢谢观赏
2021/3/10
23
放映结束 感谢各位的批评指导！
素的灵敏度具有相同的数量级。
• （2）相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干 扰较少，元素定性的标识性强。
• （3）能够观测化学位移。化学位移同原子氧化态、 原子电荷和官能团有关。化学位移信息是XPS用作 结构分析和化学键研究的基础。
• （4）可作定量分析。既可测定元素的相对浓度，又 可测定相同元素的不同氧化态的相对浓度。
2021/3/10
X射线光电子能谱分析方法及原理(XPS)
半导体工业
晶体缺陷分析、界面性质研究 等。
环境科学
大气污染物分析、土壤污染研 究等。
X射线光电子能谱分析的优缺点
1 优点
提供元素化学状态信息、非破坏性分析、高表面敏感性。
2 ห้องสมุดไป่ตู้点
样品需真空处理、分析深度有限、昂贵的设备和维护成本。
总结和展望
X射线光电子能谱分析是研究材料表面的有力工具。未来，随着仪器和技术的 不断进步，XPS将在更多领域发挥重要作用。
X射线光电子能谱分析方 法及原理(XPS)
X射线光电子能谱分析(XPS)是一种表面分析技术，通过测量材料的X射线光 电子能谱来研究材料的电子结构和化学组成。
X射线光电子能谱分析的基本 原理
XPS基于光电效应，探测材料与X射线相互作用所放出的光电子。通过测量光 电子能量和强度，可以推断材料表面元素的化学态。
X射线光电子能谱分析的仪器和实验设备
XPS仪器
包含X射线源、光电子能谱仪 和数据处理系统。
电子枪
产生高能电子束，用于激发材 料表面。
光电子能谱仪
测量光电子的能量和角度，用 于分析材料的电子结构。
X射线光电子能谱分析的样品准备方法
1 表面清洗
去除杂质和氧化层，以确保准确测量。
2 真空处理
在超高真空条件下进行实验，避免气体影响。
3 固定样品
使用样品架或夹具将样品固定在仪器中。
X射线光电子能谱分析的数据处理和解 析方法
峰面积计算
根据光电子峰的面积计算元素含量。
能级分析
通过分析光电子的能级分布，推断材料的化学状态。
谱峰拟合
将实验谱峰与已知标准进行拟合，确定元素的化学态和含量。
X射线光电子能谱分析的应用领域
XPS原理数据分析方法讲解
XPS原理数据分析方法讲解XPS（X射线光电子能谱）是一种用于表面分析的常用方法，可以用于确定样品中元素的化学状态和测量元素的相对丰度。
本文将讲解XPS的原理和数据分析方法。
1.XPS原理：XPS利用物质表面发射的光电子来研究元素的化学状态和相对丰度。
其原理基于以下两个过程：-光电子发射：当一束X射线照射到样品表面时，光子通过光电效应将电子从样品表面的原子中解离出来。
这些光电子的动能与其所来自的原子的束缚能有关，因此可以通过测量光电子的动能来确定原子的化学状态。
-表面分析：通过测量不同能量的X射线和测量发射光电子的能量和强度，可以得到元素的谱图。
X射线的能量可以调节，从而选取特定能量的X射线与特定元素相互作用，进一步确定元素的化学状态和相对丰度。
2.数据分析方法：XPS谱图包括两个主要部分：能级谱和分析谱。
能级谱用于确定元素的化学状态，分析谱用于计算元素的相对丰度。
-能级谱分析：1）首先，将能级谱分为两个区域：高分辨率核电子谱（Valence Band）和低分辨率核电子谱（Core Level）。
2）高分辨率核电子谱用于确定元素的键合状态和价态。
通过观察能级峰的位置和形状，可以判断原子是否在化合物中。
3）低分辨率核电子谱用于确定元素的元素组成。
通过测量特定能级的光电子峰的相对强度，可以计算元素的相对丰度。
-分析谱分析：1）利用分析谱可以计算元素的相对丰度。
分析谱根据元素的主要光电子峰的能量和强度来建立。
通过测量每个元素的主要光电子峰的峰强和标准物质的峰强，可以计算元素的相对丰度。
2）校正数据。
由于光电子的逃逸深度和电子的信号衰减，测量到的峰强可能与真实丰度有所偏差。
因此，需要进行校正，建立校正曲线，将峰强转换为相对丰度。
3.XPS仪器：XPS仪器由以下几部分构成：-X射线源：提供特定能量的X射线，用于激发样品释放光电子。
-能谱仪：包括投射能量分辨部分和检测器，用于测量发射光电子的能量和强度。
-样品台：用于固定和聚焦样品，可控制样品在X射线照射下的角度和位置。
XPS--电子能谱分析法
3．化学结构分析
通过谱峰化学位移的分析不仅可以确定元
素原子存在于何种化合物中，还可以研究 样品的化学结构。
从图中可以看到，这些化 合物中的碳原子分别处于 两种不同的化学环境中(一 种是苯环上的碳，一种是 羧基碳)，因而它们的C1s 谱是两条分开的峰。 谱图中两峰的强度比4:6、 2:6和1:6恰好符合3种化 合物中羧基碳和苯环碳的 比例。由此种比例可以估 计苯环上取代基的数目， 图13-13 1，2，4，5-苯四甲酸；1，2苯二甲酸和苯甲酸钠的C1s光电子谱图 从而确定其结构。
歇能谱仪结合构成扫描俄歇微探针(SAM)， 可实现样品成分的点、线、面分析和深度 剖面分析。 由于配备有二次电子和吸收电子检测器及 能谱探头，使这种仪器兼有扫描电镜和电 子探针的功能。
三、俄歇电子能谱分析
1．定性分析 任务：根据实测的直接谱(俄歇峰)或微分谱上的 负峰的位置识别元素。 方法：与标准谱进行对比。 注意：由于电子轨道之间可实现不同的俄歇跃迁 过程，所以每种元素都有丰富的俄歇谱，由此导 致不同元素俄歇峰的干扰。 对于原子序数为3~14的元素，最显著的俄歇峰是 由KLL跃迁形成的；对于原子序数14~40的元素， 最显著的俄歇峰则是由LMM跃，聚氟乙烯 C1s对应于不同的基 团CFH-与-CH2-成 为两个部分分开且 等面积的峰。
图13-14 两种聚合物的C1s电子谱图 (a)聚乙烯 (b)聚氟乙烯
化学位移示例
图13-2 Mo(110)面俄歇能谱
伴峰
由于俄歇电子逸出固体表面时，有可能产
生不连续的能量损失，从而造成在主峰的 低能端产生伴峰的现象。 如：入射电子引起样品内壳层电子电离而 产生伴峰(称为电离损失峰)；又如：入射电 子激发样品(表面)中结合较弱的价电子产生 类似等离子体振荡的作用而损失能量，形 成伴峰(称等离子体伴峰)等。
最新第八章 X射线光电子能谱(XPS) 有机波谱分析课件ppt课件
➢ 内层电子一方面受到原子核强烈的库仑作用而具有一定的结 合能，另一方面又受到外层电子的屏蔽作用。当外层电子密 度减少时，屏蔽作用将减弱，内层电子的结合能增加；反之 则结合能将减少。因此当被测原子的氧化价态增加，或与电 负性大的原子结合时，都导致其XPS峰将向结合能的增加方向 位移。
三氟化乙酸乙脂中四个不同C原子的C1s谱线。
诊断标准
下列症状中三项： ①发热 ②咽峡炎 ③颈淋巴结肿大 ④肝脏肿大 ⑤脾脏肿大
X-ray penetration depth ~1mm. Electrons can be excited in this entire volume.
Electrons are extracted only from a narrow solid angle.
10 nm 1 mm2
X-ray excitation area ~1x1 cm2. Electrons are emitted from this entire area
– EB病毒感染可导致免疫功能紊乱，发生与免疫系统功能紊乱相 关的多种疾病如淋巴瘤、传染性单核细胞增多症及类风湿关节 炎等 。
流行病学
传染源：带病毒者及病人为本病的传染源。 传播途径：经口鼻密切接触为主要传播途径，也可经飞沫（次要）
及输血传播（偶可发生）。 易感人群：人群普遍易感。但儿童青少年更多见。病后可获得持
久免疫，第二次发病不常见。
病因学
EB病毒为本病的病原，电镜下EB病毒的形态 结构与疱疹病毒组的其他病毒相似，但抗原性 不同。EB病毒为DNA病毒。
发病机理
EBV B淋巴细胞受体
咽扁桃体B淋巴细胞和 口腔上皮细胞
复制
细胞破坏
B淋巴细胞血液 唾液腺（腮腺）
三氟化乙酸乙脂中四个不同C原子的C1s谱线。
诊断标准
下列症状中三项： ①发热 ②咽峡炎 ③颈淋巴结肿大 ④肝脏肿大 ⑤脾脏肿大
X-ray penetration depth ~1mm. Electrons can be excited in this entire volume.
Electrons are extracted only from a narrow solid angle.
10 nm 1 mm2
X-ray excitation area ~1x1 cm2. Electrons are emitted from this entire area
– EB病毒感染可导致免疫功能紊乱，发生与免疫系统功能紊乱相 关的多种疾病如淋巴瘤、传染性单核细胞增多症及类风湿关节 炎等 。
流行病学
传染源：带病毒者及病人为本病的传染源。 传播途径：经口鼻密切接触为主要传播途径，也可经飞沫（次要）
及输血传播（偶可发生）。 易感人群：人群普遍易感。但儿童青少年更多见。病后可获得持
久免疫，第二次发病不常见。
病因学
EB病毒为本病的病原，电镜下EB病毒的形态 结构与疱疹病毒组的其他病毒相似，但抗原性 不同。EB病毒为DNA病毒。
发病机理
EBV B淋巴细胞受体
咽扁桃体B淋巴细胞和 口腔上皮细胞
复制
细胞破坏
B淋巴细胞血液 唾液腺（腮腺）
XPS原理及分析
XPS原理及分析在材料科学、化学、物理学等众多领域，X 射线光电子能谱（XPS）是一种极为重要的分析技术。
它能够为我们提供关于材料表面元素组成、化学态以及电子结构等方面的丰富信息。
那么，什么是 XPS 呢？简单来说，XPS 是基于光电效应的原理。
当一束 X 射线照射到样品表面时，会将样品中的原子内层电子激发出来，形成光电子。
这些光电子具有特定的能量，通过测量它们的能量和数量，就可以获得样品表面的各种信息。
我们先来了解一下 XPS 的基本原理。
X 射线光子具有足够高的能量，可以使样品中的原子内层电子克服其结合能而被激发出来。
不同元素的原子，其内层电子的结合能是特定的，就像每个人都有独特的指纹一样。
因此，通过测量光电子的能量，我们就能够确定样品表面存在哪些元素。
而且，不仅能确定元素种类，还能得到元素的含量。
这是因为光电子的强度与元素的含量成正比。
在 XPS 分析中，化学态的分析也是非常重要的一个方面。
同一元素处于不同的化学环境中时，其内层电子的结合能会发生微小的变化。
这种变化虽然很小，但通过高分辨率的 XPS 仪器可以精确测量出来。
比如，氧化态的变化、化学键的形成等都会导致结合能的改变。
通过对这些微小变化的分析，我们能够了解元素在样品中的化学价态和化学结构。
为了更好地理解 XPS 的原理，我们可以想象一下这样的场景：X 射线就像是一把钥匙，打开了原子内部的“宝箱”，将内层电子“释放”出来成为光电子。
而我们通过检测这些光电子，就如同读取了“宝箱”中的密码，从而揭开样品表面的神秘面纱。
接下来，我们谈谈 XPS 仪器的主要组成部分。
XPS 系统通常包括X 射线源、样品室、能量分析器和探测器等。
X 射线源产生的 X 射线要具有足够的强度和稳定性，以保证能够激发足够数量的光电子。
样品室要能够保持高真空环境，避免空气中的成分对测量结果产生干扰。
能量分析器则负责对光电子的能量进行精确测量和筛选，就像是一个精细的筛子，只让特定能量的光电子通过。
《X射线光电子谱XPS》课件
《X射线光电子谱XPS》 PPT课件
本课件详细介绍了X射线光电子谱XPS的原理、应用、实验流程、数据解释、 及未来发展趋势。深入浅出，易于理解。
什么是XPS?
XPS的定义
X射线光电子谱是利用X射线 的照射和物质的电子辐射， 研究物质表面元素及其化学 状态的一种表面分析技术。
XPS的原理
通过能量分辨光电子能谱计 测量电子能量，根据不同元 素的电离能将电子能量与所 在元素关联。谱峰位置与元 素化学状态相关。
包括X射线光学模拟、图像处理、数据分析算 法、峰形拟合等技术的创新，使XPS的分析能 力和速度更加强大。
总结
XPS的优势和不足
优势是可以研究表面元素、化学状态和赋存量， 不足是分析深度受限。
XPS在实践中的应用前景
在表面化学、材料科学、 突破和创新。
XPS的应用领域
材料科学、表面化学、生物医学、 环境地球化学、微电子工程等。
XPS实验流程
1
样品的制备
准备好需要分析的样品，保证样品表面干净，无油污、附着物等。
2
XPS扫描仪的使用
使用XPS扫描仪进行表面分析，注意扫描参数的设置。
3
数据检测和分析
对得到的XPS图谱进行有效的数据处理和分析，得到所需要的信息。
XPS测量的基本过程
样品的表面被X射线照射，表 面元素在吸收X射线时会释放 出光电子，探测器捕获光电 子并测量能量分布，形成XPS 光电子能谱。
XPS的应用
XPS的优势
可以研究化学计量比、化学键状 态、元素的赋存量和分布、样品 表面的微区化学成分等。
XPS的局限性
只适用于分析表面层，分析深度 受限，不能对物质的内部进行分 析。
XPS谱图解析
本课件详细介绍了X射线光电子谱XPS的原理、应用、实验流程、数据解释、 及未来发展趋势。深入浅出，易于理解。
什么是XPS?
XPS的定义
X射线光电子谱是利用X射线 的照射和物质的电子辐射， 研究物质表面元素及其化学 状态的一种表面分析技术。
XPS的原理
通过能量分辨光电子能谱计 测量电子能量，根据不同元 素的电离能将电子能量与所 在元素关联。谱峰位置与元 素化学状态相关。
包括X射线光学模拟、图像处理、数据分析算 法、峰形拟合等技术的创新，使XPS的分析能 力和速度更加强大。
总结
XPS的优势和不足
优势是可以研究表面元素、化学状态和赋存量， 不足是分析深度受限。
XPS在实践中的应用前景
在表面化学、材料科学、 突破和创新。
XPS的应用领域
材料科学、表面化学、生物医学、 环境地球化学、微电子工程等。
XPS实验流程
1
样品的制备
准备好需要分析的样品，保证样品表面干净，无油污、附着物等。
2
XPS扫描仪的使用
使用XPS扫描仪进行表面分析，注意扫描参数的设置。
3
数据检测和分析
对得到的XPS图谱进行有效的数据处理和分析，得到所需要的信息。
XPS测量的基本过程
样品的表面被X射线照射，表 面元素在吸收X射线时会释放 出光电子，探测器捕获光电 子并测量能量分布，形成XPS 光电子能谱。
XPS的应用
XPS的优势
可以研究化学计量比、化学键状 态、元素的赋存量和分布、样品 表面的微区化学成分等。
XPS的局限性
只适用于分析表面层，分析深度 受限，不能对物质的内部进行分 析。
XPS谱图解析
X射线光电子能谱(XPS)课件
表面分析
利用XPS对样品表面进行深度剖析， 了解表面元素的化学状态和组成， 为材料科学、环境科学等领域提供 有力支持。
05
XPS与其他分析方法的比 较
XPS与AES的比较
总结词
XPS和AES都是表面分析技术，但它们的工 作原理和应用范围有所不同。
详细描述
XPS（X射线光电子能谱）和AES（原子发 射光谱）都是表面分析技术，用于确定样品 表面的元素组成。然而，它们的工作原理和 应用范围有所不同。XPS主要测量的是光电 子的能量分布，可以提供元素种类、化学态 和电子态的信息。而AES则通过测量原子发 射出来的特征光谱来分析元素组成。在应用 方面，XPS更适用于轻元素的分析，而AES 更适用于重元素的分析。
02
XPS仪器设备
XPS仪器结构
01
02
03
04
发射源
X射线管，用于产生X射线。
真空系统
确保实验室内高真空度，以减 少气体对光电子的散射。
能量分析器
用于检测和测量光电子的能量 。
探测器
用于收集光电子，并将其转换 为电信号。
XPS仪器操作流程
样品安装
将样品放置在样品 台上，并确保稳定 固定。
数据采集
开发多元素同时分析的XPS技术， 能够快速获取样品中多种元素的
化学信息，提高分析效率。
XPS在各领域的应用前景
环境监测
生物医学研究
利用XPS技术对大气、水体、土壤等环境中 的有害物质进行快速、准确检测，为环境 保护和治理提供有力支持。
通过XPS技术对生物样品进行无损检测，有 助于深入了解生物分子结构和功能，推动 生物医学领域的发展。
数据采集
按照设定的参数进行测量，并 采集光谱数据。
利用XPS对样品表面进行深度剖析， 了解表面元素的化学状态和组成， 为材料科学、环境科学等领域提供 有力支持。
05
XPS与其他分析方法的比 较
XPS与AES的比较
总结词
XPS和AES都是表面分析技术，但它们的工 作原理和应用范围有所不同。
详细描述
XPS（X射线光电子能谱）和AES（原子发 射光谱）都是表面分析技术，用于确定样品 表面的元素组成。然而，它们的工作原理和 应用范围有所不同。XPS主要测量的是光电 子的能量分布，可以提供元素种类、化学态 和电子态的信息。而AES则通过测量原子发 射出来的特征光谱来分析元素组成。在应用 方面，XPS更适用于轻元素的分析，而AES 更适用于重元素的分析。
02
XPS仪器设备
XPS仪器结构
01
02
03
04
发射源
X射线管，用于产生X射线。
真空系统
确保实验室内高真空度，以减 少气体对光电子的散射。
能量分析器
用于检测和测量光电子的能量 。
探测器
用于收集光电子，并将其转换 为电信号。
XPS仪器操作流程
样品安装
将样品放置在样品 台上，并确保稳定 固定。
数据采集
开发多元素同时分析的XPS技术， 能够快速获取样品中多种元素的
化学信息，提高分析效率。
XPS在各领域的应用前景
环境监测
生物医学研究
利用XPS技术对大气、水体、土壤等环境中 的有害物质进行快速、准确检测，为环境 保护和治理提供有力支持。
通过XPS技术对生物样品进行无损检测，有 助于深入了解生物分子结构和功能，推动 生物医学领域的发展。
数据采集
按照设定的参数进行测量，并 采集光谱数据。
XPS简介
电负性：F >O > C > H
4个碳元素所处化学环境 不同
4.常见有机化合物的电子结合能
⑴简单的烃类化合物及其衍生物 ①小分子烃类化合物C1s的Eb变化不大 ②多卤代或C+的结合能增值较大 ③其他类型化合物C1s的化学位移最大不超过3eV ⑵含氮化合物 ①铵盐中N1s的电子结合能变化不大，在400±1.0范围 ②芳胺的N1s的电子结合能大于铵盐中N+1s 的电子结合能 ⑶含磷化合物 ①三价P+的电子结合能高于三价P ②五价P的电子结合能高于三价P
原子序数 元素种类 测试能级 2～12 He～Mg 1s 13～33 Al～As 2p 34～66 Se～Dy Sm 3d 67～71 Ho～Lu 4d 72～92 Ta～U 4f
4.谱带强度
二.电子能谱仪简介
主要由超高真空系统、激发光源、单色器、样品室、 能量分析器、检测器和记录系统组成。如下图：
进一步逸出，导致动能的改变和谱峰的变宽。
消除方法:①导体样品要确保样品和谱仪金属部分之间的优良 电接触，通过谱仪消除荷电。 ②绝缘体需要一个附加的低能电子枪中和样品表面的正电荷， 称之为电中和法。
6.仪器的主要性能指标：评价X射线光电子能谱仪性能优
劣的主要指标是仪器的灵敏度和分辨率，可分别用信号强 度S和半峰高高度△E1/2来表示。 灵敏度：灵敏度高有利于提高元素检测的最低极限和一般的 测量精度，可以在较短的时间内获得高信噪比的测量结果。 分辨率：包括绝对分辨率和相对分辨率。 ①绝对分辨率：谱峰的半峰高宽带定义为绝对分辨率。对 △E1/2的贡献来自X射线激发源的自然线宽△Ex ，受激原 子的能级线宽△EN和能量分析器的线宽△EA 。若三者具 有高斯分布，则： △E1/2 = (△EX + △EN + △EA )1/2 ②相对分辨率：谱峰的半峰高宽带与基线的比值，即△E1/2 /E.
X射线光电子能谱(XPS)课件
双阳极X射线 源示意图
电子能量分析器
电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的 不同能量电子的相对强度。它必须在高真空条 件下工作即压力要低于10-3帕，以便尽量减少 电子与分析器中残余气体分子碰撞的几率。
检测器
检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增
器。光电倍增管采用高抗阻，二次电子发射材 料，增益：109.
大面积超疏水性纳米结构碳膜
利用一种简单的热解方法, 制备了具有纳米结构的大面积 碳膜, 膜表面经过低表面能物质氟硅烷修饰后具有超疏水 性.
实验部分
试剂与仪器：聚丙烯腈( PAN) , 平均分子量Μ = 120000; N, N -二甲基甲酰胺(DMF) , 分析纯.
实验过程
将10.1976 g PAN溶解在50 mL DMF中, 并于70 ℃下搅 拌均匀, 制得质量分数为18%的PAN溶液.将此溶液倾倒在 干净的石英片上,待溶剂自然挥发后形成均匀的PAN膜。
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午8时4分45秒 下午8时 4分20:04:4521.7.12
2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Thursday, June 17, 2021June 21Thursday, June 17, 20216/17/2021
电子能量分析器
电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的 不同能量电子的相对强度。它必须在高真空条 件下工作即压力要低于10-3帕，以便尽量减少 电子与分析器中残余气体分子碰撞的几率。
检测器
检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增
器。光电倍增管采用高抗阻，二次电子发射材 料，增益：109.
大面积超疏水性纳米结构碳膜
利用一种简单的热解方法, 制备了具有纳米结构的大面积 碳膜, 膜表面经过低表面能物质氟硅烷修饰后具有超疏水 性.
实验部分
试剂与仪器：聚丙烯腈( PAN) , 平均分子量Μ = 120000; N, N -二甲基甲酰胺(DMF) , 分析纯.
实验过程
将10.1976 g PAN溶解在50 mL DMF中, 并于70 ℃下搅 拌均匀, 制得质量分数为18%的PAN溶液.将此溶液倾倒在 干净的石英片上,待溶剂自然挥发后形成均匀的PAN膜。
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午8时4分45秒 下午8时 4分20:04:4521.7.12
2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Thursday, June 17, 2021June 21Thursday, June 17, 20216/17/2021
XPS能谱分析方法及原理(课堂PPT)
16
• 样品的安装：
一般是把粉末样品粘在双面胶带上或压入铟箔（或 金属网）内，块状样品可直接夹在样品托上或用导 电胶带粘在样品托上进行测定。 其它方法： 1.压片法：对疏松软散的样品可用此法。 2.溶解法：将样品溶解于易挥发的有机溶剂中，然 后将其滴在样品托上让其晾干或吹干后再进行测量。 3.研压法：对不易溶于具有挥发性有机溶剂的样品， 可将其少量研压在金箔上，使其成一薄层，再进行 测量。
• 利用俄歇化学位移标 识谱图鉴定物质：
2P3/2
Si 2p
如：Cu与CuO的化学位移为0.4eV
2P1/2
Ag与Ag2SO4化学位移为0.1eV 而对它们来说俄歇化学位移相当大。
105
电子结合能（eV） 95
15
XPS的实验方法：
• 样品的预处理 ：（对固体样品）
1.溶剂清洗（萃取）或长时间抽真空除表面污染物。 2.氩离子刻蚀除表面污物。注意刻蚀可能会引起表 面化学性质的变化（如氧化还原反应）。 3.擦磨、刮剥和研磨。对表理成分相同的样品可用 SiC(600#)砂纸擦磨或小刀刮剥表面污层；对粉末 样品可采用研磨的方法。 4.真空加热。对于能耐高温的样品，可采用高真空 下加热的办法除去样品表面吸附物。
20
X—射线光电子能谱
( X-ray Photoelectron Spectroscopy )
21
其过程为：
A+hν
(A+)*+e-(光电子)
A++ hν’(X荧光)
两 者 只
A2++e-(俄歇电子)
能 选
择
（原子序数Z<30的元素以发射俄歇电子为主） 其
一
11
俄歇电子产生过程图解：
• 样品的安装：
一般是把粉末样品粘在双面胶带上或压入铟箔（或 金属网）内，块状样品可直接夹在样品托上或用导 电胶带粘在样品托上进行测定。 其它方法： 1.压片法：对疏松软散的样品可用此法。 2.溶解法：将样品溶解于易挥发的有机溶剂中，然 后将其滴在样品托上让其晾干或吹干后再进行测量。 3.研压法：对不易溶于具有挥发性有机溶剂的样品， 可将其少量研压在金箔上，使其成一薄层，再进行 测量。
• 利用俄歇化学位移标 识谱图鉴定物质：
2P3/2
Si 2p
如：Cu与CuO的化学位移为0.4eV
2P1/2
Ag与Ag2SO4化学位移为0.1eV 而对它们来说俄歇化学位移相当大。
105
电子结合能（eV） 95
15
XPS的实验方法：
• 样品的预处理 ：（对固体样品）
1.溶剂清洗（萃取）或长时间抽真空除表面污染物。 2.氩离子刻蚀除表面污物。注意刻蚀可能会引起表 面化学性质的变化（如氧化还原反应）。 3.擦磨、刮剥和研磨。对表理成分相同的样品可用 SiC(600#)砂纸擦磨或小刀刮剥表面污层；对粉末 样品可采用研磨的方法。 4.真空加热。对于能耐高温的样品，可采用高真空 下加热的办法除去样品表面吸附物。
20
X—射线光电子能谱
( X-ray Photoelectron Spectroscopy )
21
其过程为：
A+hν
(A+)*+e-(光电子)
A++ hν’(X荧光)
两 者 只
A2++e-(俄歇电子)
能 选
择
（原子序数Z<30的元素以发射俄歇电子为主） 其
一
11
俄歇电子产生过程图解：
光电子能谱XPS教程
1
2
非键电子跃迁
2
O2和O2＋的分子轨道示意图
8.2.3 自旋－轨道耦合
自旋－轨道耦合的结 果导致其能级发生分 裂，形成两个具有不 同能量的态，例如轨 道量子数为 ，即得， l
它们的能量差值:
j1 l 1 2 , j2 l 1 2
E j E j1 E j2
298K吸附一层气体分子所需时间
10-4Pa时为1秒；10-7Pa时为1000秒
8.5.5 样品处理
电子能谱仪原则上可以分析固体、气体和液体样品。 气体
气 化
采用差分抽气的方法把气体 引进样品室直接进行测定
校正或消除样 品的荷电效应
液体
冷 冻
固体
块状：直接夹在或粘在 样品托上在样品托上； 粉末：可以粘在双面胶 带上或压入铟箔（或金 属网）内，也可以压成 片再固定在样品托上。
电子能谱
根据激发源的不同，电子能谱又分为: X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer)
紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer)
俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer)
对固体样品，必须 考虑晶体势场和表 面势场对光电子的 束缚作用，通常选 取费米(Fermi)能级 为 E 的参考点。
b
hv Ek Eb
0k时固体能带中充 满电子的最高能级
功函数
为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持 和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。
实际测到的电子动能为：
2
非键电子跃迁
2
O2和O2＋的分子轨道示意图
8.2.3 自旋－轨道耦合
自旋－轨道耦合的结 果导致其能级发生分 裂，形成两个具有不 同能量的态，例如轨 道量子数为 ，即得， l
它们的能量差值:
j1 l 1 2 , j2 l 1 2
E j E j1 E j2
298K吸附一层气体分子所需时间
10-4Pa时为1秒；10-7Pa时为1000秒
8.5.5 样品处理
电子能谱仪原则上可以分析固体、气体和液体样品。 气体
气 化
采用差分抽气的方法把气体 引进样品室直接进行测定
校正或消除样 品的荷电效应
液体
冷 冻
固体
块状：直接夹在或粘在 样品托上在样品托上； 粉末：可以粘在双面胶 带上或压入铟箔（或金 属网）内，也可以压成 片再固定在样品托上。
电子能谱
根据激发源的不同，电子能谱又分为: X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer)
紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer)
俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer)
对固体样品，必须 考虑晶体势场和表 面势场对光电子的 束缚作用，通常选 取费米(Fermi)能级 为 E 的参考点。
b
hv Ek Eb
0k时固体能带中充 满电子的最高能级
功函数
为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持 和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。
实际测到的电子动能为：
X射线光电子能谱(XPS)的基本原理及应用
工作流程
准备样品 - 放置于真空室中 - 照射X射线 - 测 量电子能谱 - 分析和解释结果。
XPS在材料表征中的应用
半导体材料
XPS可用于研究半导体材料的表面化学状况和 界面特性。
聚合物材料
对聚合物材料进行表面分析，了解其化学成分 和表面改性效果。
金属合金
生物材料
XPS可用于表征金属合金的成分和表面氧化状态。 研究生物材料表面的化学活性，用于医学和生 物工程领域。
XPS可用于确定催化剂表面的活性位点，帮助优化催化剂设计。
Hale Waihona Puke 2反应机理研究通过分析催化剂表面的元素状态和化学键情况，揭示催化反应的机理。
3
失活机制研究
通过分析催化剂失活前后的表面化学状态，探究失活机制并提出改进策略。
总结和展望
X射线光电子能谱 (XPS) 是一种强大的表面分析技术，广泛应用于材料科学和表面化学领域。未来，随 着技术的进一步发展，XPS将在更多领域发挥重要作用。
X射线光电子能谱 (XPS) 的基本原理及应用
X射线光电子能谱 (XPS) 是一种先进的分析技术，可用于研究和表征材料的 表面组成和化学状态。
定义和概述
1 什么是XPS？
2 工作原理
X射线光电子能谱 (XPS) 是一种非接触性的表面 分析技术，通过测量材 料表面上光电子的能谱 来了解元素的化学状态、 组成和表面反应性。
2
能谱测量
测量电子的能量和强度，建立能谱图，分析元素和化学状态。
3
定量分析
通过峰面积计算得到元素的相对含量，进一步分析材料组成。
XPS仪器的组成和工作流程
X射线源
发射足够强的X射线束以激发样品表面原子。
电子能谱仪
准备样品 - 放置于真空室中 - 照射X射线 - 测 量电子能谱 - 分析和解释结果。
XPS在材料表征中的应用
半导体材料
XPS可用于研究半导体材料的表面化学状况和 界面特性。
聚合物材料
对聚合物材料进行表面分析，了解其化学成分 和表面改性效果。
金属合金
生物材料
XPS可用于表征金属合金的成分和表面氧化状态。 研究生物材料表面的化学活性，用于医学和生 物工程领域。
XPS可用于确定催化剂表面的活性位点，帮助优化催化剂设计。
Hale Waihona Puke 2反应机理研究通过分析催化剂表面的元素状态和化学键情况，揭示催化反应的机理。
3
失活机制研究
通过分析催化剂失活前后的表面化学状态，探究失活机制并提出改进策略。
总结和展望
X射线光电子能谱 (XPS) 是一种强大的表面分析技术，广泛应用于材料科学和表面化学领域。未来，随 着技术的进一步发展，XPS将在更多领域发挥重要作用。
X射线光电子能谱 (XPS) 的基本原理及应用
X射线光电子能谱 (XPS) 是一种先进的分析技术，可用于研究和表征材料的 表面组成和化学状态。
定义和概述
1 什么是XPS？
2 工作原理
X射线光电子能谱 (XPS) 是一种非接触性的表面 分析技术，通过测量材 料表面上光电子的能谱 来了解元素的化学状态、 组成和表面反应性。
2
能谱测量
测量电子的能量和强度，建立能谱图，分析元素和化学状态。
3
定量分析
通过峰面积计算得到元素的相对含量，进一步分析材料组成。
XPS仪器的组成和工作流程
X射线源
发射足够强的X射线束以激发样品表面原子。
电子能谱仪
X射线光电子能谱XPS介绍及分析PPT教案
36
计数 / 任意单位
有机碳 285.0 eV 60 min 40 min 20 min
Surface
金属碳化物 280.8 eV
1. 在PZT薄膜表面，C 1s的结 合能为285.0 eV和281.5eV ，分别对应于有机碳和金属 碳化物。
2. 有机碳是主要成分，可能是 由表面污染所产生的。随着 溅射深度的增加，有机碳的 信号减弱，而金属碳化物的 峰增强。
XPS定性分析
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。由于大部分元素都可以激发出 多组光电子峰，因此可以利用这些峰排除能量相 近峰的干扰，非常有利于元素的定性标定。
此外，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。
15
XPS定性分析方法
最常用的分析方法，一般利用XPS谱仪的宽扫描程序。为 了提高定性分析的灵敏度，一般应加大通能，提高信噪比
通常XPS谱图的横坐标为结合能，纵坐标为光电子的计数 率。
在分析谱图时，首先必须考虑的是消除荷电位移。对于金 属和半导体样品几乎不会荷电，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。
对于无机污染物，可以采用表面打磨以及离子束 溅射的方法来清洁样品。
为了保证样品表面不被氧化，一般采用自然干燥。
8
带有磁性的材料
由于光电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以 发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的光电 子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析 器，因此，得不到正确的XPS谱。
样品表面荷电相当于给从表面出射的自由的光电子增加 了一定的额外电场, 使得测得的结合能比正常的要高。
计数 / 任意单位
有机碳 285.0 eV 60 min 40 min 20 min
Surface
金属碳化物 280.8 eV
1. 在PZT薄膜表面，C 1s的结 合能为285.0 eV和281.5eV ，分别对应于有机碳和金属 碳化物。
2. 有机碳是主要成分，可能是 由表面污染所产生的。随着 溅射深度的增加，有机碳的 信号减弱，而金属碳化物的 峰增强。
XPS定性分析
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。由于大部分元素都可以激发出 多组光电子峰，因此可以利用这些峰排除能量相 近峰的干扰，非常有利于元素的定性标定。
此外，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。
15
XPS定性分析方法
最常用的分析方法，一般利用XPS谱仪的宽扫描程序。为 了提高定性分析的灵敏度，一般应加大通能，提高信噪比
通常XPS谱图的横坐标为结合能，纵坐标为光电子的计数 率。
在分析谱图时，首先必须考虑的是消除荷电位移。对于金 属和半导体样品几乎不会荷电，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。
对于无机污染物，可以采用表面打磨以及离子束 溅射的方法来清洁样品。
为了保证样品表面不被氧化，一般采用自然干燥。
8
带有磁性的材料
由于光电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以 发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的光电 子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析 器，因此，得不到正确的XPS谱。
样品表面荷电相当于给从表面出射的自由的光电子增加 了一定的额外电场, 使得测得的结合能比正常的要高。
X射线光电子能谱(XPS)
化学位移
Inst. Of Photoelectronics
➢ 谱峰的物理位移和化学位移
物理位移：固体的热效应与表面荷电的作用引起的谱峰位移
化学位移：原子所处化学环境的变化引起的谱峰位移
产生原因：
(1)价态改变：内层电子受核电荷的库仑力和荷外其他电子
的屏蔽作用；电子结合能位移Eb；
• 氧化作用使内层电子结合能上升，氧化
(2)筒镜式电子能量分析器
（CMA)
同轴圆筒，外筒接负压、内
筒接地，两筒之间形成静电
场；
灵敏度高、分辨率低；二级
串联；
X射线光电子能谱仪
Inst. Of Photoelectronics
➢ 检测器
• 产生的光电流：10-3～10-9mA；
• 电子倍增器作为检测器；
• 单通道电子倍增器；多通道电子倍增器；
给出表面的化学组成，原子排列，电子状态等信息。
• 对于XPS和AES还可以对表面元素做出一次全部定性和定量
分析，还可以利用其化学位移效应进行元素价态分析；利
用离子束的溅射效应可以获得元素沿深度的化学成份分布
信息。
• 此外，利用其高空间分别率，还可以进行微区选点分析，
线分布扫描分析以及元素的面分布分析。
电子的能量是特征的。
• 因此，我们可以根据光电子的结合能定性分析物质的元
素种类。
X射线光电子能谱仪
Inst. Of Photoelectronics
样品
光电子
能量分析器
探测器
X射线源
AlK或MgK
超高真空系统
优于10-9mbar
数据处理系统
Inst. Of Photoelectronics
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在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中 除 H 和 He 以外所有的元素，并具有很高的绝对灵 敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。
下一页
O 和 C 两条谱线的存在 表明金属铝的表面已被部 分氧化并受有机物的污染
是宽能量范围扫描的全谱
低结合能端的放大谱
右图是表面被氧化且 有部分碳污染的金属 铝的典型的图谱
特征：
XPS采用能量为 1000 ~ 1500eV的射线源，能激发内层电子。各种元素
内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。
UPS采用 He I(21.2eV)或 He II(40.8eV作) 激发源。 与X射线相比能量较低，
只能使原子的价电子电离，用于研究价电子和能带结构的特征。
石墨的俄歇谱
下一页
化学环境的强烈影响常常导致俄歇谱有如下三 种可能的变化：(称为化学效应)
1）俄歇跃迁不涉及价带， 化学环境的不同将导致 内层电子能级发生微小 变化，造成俄歇电子能 量微小变化，表现在俄 歇电子谱图上，谱线位 置有微小移动，这就是 化学位移。
锰和氧化锰的俄歇电子谱
下一页
锰 氧化锰
光电子能谱 XPS
电子能谱的基本原理
基本原理就是光电效应。
能量关系可表示：
hv Eb Ek Er
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量
Er
1M
2
ma*2
忽略 Er(<0.1eV）得
hv Ek Eb
对孤立原子或分子， Eb 就是把电子从所在轨道
移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。
hv Ek Eb
返回
金属铝低结合能端 的放大谱(精细结构)
相邻的肩峰则分 别对应于Al2O3中 铝的2s和2p轨道 的电子
返回
俄歇电子能谱(AES)
•1925年法国的物理学家俄歇（P.Auger）在用X射线研究光电效应时就已发现俄 歇电子，并对现象给予了正确的解释。 •1968年L.A.Harris采用微分电子线路，使俄歇电子能谱开始进入实用阶段。 •1969年，Palmberg、Bohn和Tracey引进了筒镜能量分析器，提高了灵敏度和 分析速度，使俄歇电子能谱被广泛应用。
功函数
光电子能谱分类
根据激发源的特征 不同，电子能谱又分为: X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer) 紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer)
俄歇电子
原子序数
实验值在
和12
之间3
4
功
函 数
WXY俄歇过程示意图
另一表达式
俄歇跃迁能量的另一表达式为：
EWXY
Байду номын сангаасEW
(Z)
1 2 {EX
(Z)
EX
(Z
1)}
1 2
{EY
(Z
)
EY
(Z
1)}
俄歇过程至少有两个能级和三个电子参与，所
以氢原子和氦原子不能产生俄歇电子。(Z3)孤
立的锂原子因最外层只有一个电子，也不能产
Ek hv Eb E振
由于光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原 子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动 能级,因此被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结 构以及固体样品表面的原子、电子结构。
下一页
紫外光电子谱图的形状取 决于电离后离子的状态。
化学吸附后，带发生了位移
对固体样品，必须 考虑晶体势场和表 面势场对光电子的 束缚作用，通常选 取费米(Fermi)能
级为 Eb 的参考点。
0k时固体能带中充 满电子的最高能级
功函数
hv Ek Eb
实际测到的电子动能为：
Ek' Ek (sp s ) hv Eb sp
Eb hv Ek' sp
仪器功函数
返回
X射线光电子能谱（XPS）
由于各种原子轨道中电子的结合能是一定的，因此 XPS 可用来测定固体表面的化学成分,一般又称为化 学分析光电子能谱法（ Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称 ESCA）。
与紫外光源相比，射线的线宽在0.7eV以上，因此 不能分辨出分子、离子的振动能级。
L3M 2,3M 2,3 543eV 540eV L3M 2,3M 4,5 590eV 587eV L3M 4,5M 4,5 637eV 636eV
凝聚分子的谱带明显增 宽，并失去精细结构
气体分子有明显 的振动精细结构
横坐标为分子的电离能In 或
光电子动能 En hv In
苯在Ni(111)上的UPS谱 下一页
振动精细结构
对于同一电子能级，分子还可能有许多不同的 振动能级，因此实际测得的紫外光电子能谱图既 有结合能峰，又有振动精细结构。
Ek
俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或X射 线使原子内层能级电子电离，外层电子产生无辐 射俄歇跃迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真 空中对它们进行探测。
下一页
俄歇过程和俄歇电子能量
WXY 跃 迁 产 生 的 俄 歇 电子的动能可近似地 用经验公式估算，即：
EWXY EW (Z) EX (Z)
EY (Z )
生俄歇电子，但固体中因价电子是共用的，所
以金属锂可以发生 KVV 型的俄歇跃迁。
下一页
俄歇谱图
从微分前俄歇谱 的 N(E) 看出，这部分 电子能量减小后迭加 在俄歇峰的低能侧， 把峰的前沿变成一个 缓慢变化的斜坡，而 峰的高能侧则保持原 来的趋势不变。俄歇 峰两侧的变化趋势不 同，微分后出现正负 峰不对称。
AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。
光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很短，实际能探测的信息深 度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分析的 方法。
返回
紫外光电子能谱(UPS)
紫外光电子谱是利用能量在16 ~ 41eV 的真空紫外光 子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的 一种谱学方法。忽略分子、离子的平动与转动能，紫 外光激发的光电子能量满足如下公式：
hv
I
(a) n
[Ev' (v' ) Ev' (0)]
光 电 子 动 能
入
绝
射
热
光
电
子 能
离
量
能
振 动 激 发 态
振 动 基 态
下一页
离子的振动态能量
CO的光电子能谱及其相关能级图
CO+第二激发态( ) B~ ~
CO+第一激发态( ) A
1 2 成键电子跃迁
CO+的基态( X~)
1 2
非键电子跃迁
下一页
O 和 C 两条谱线的存在 表明金属铝的表面已被部 分氧化并受有机物的污染
是宽能量范围扫描的全谱
低结合能端的放大谱
右图是表面被氧化且 有部分碳污染的金属 铝的典型的图谱
特征：
XPS采用能量为 1000 ~ 1500eV的射线源，能激发内层电子。各种元素
内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。
UPS采用 He I(21.2eV)或 He II(40.8eV作) 激发源。 与X射线相比能量较低，
只能使原子的价电子电离，用于研究价电子和能带结构的特征。
石墨的俄歇谱
下一页
化学环境的强烈影响常常导致俄歇谱有如下三 种可能的变化：(称为化学效应)
1）俄歇跃迁不涉及价带， 化学环境的不同将导致 内层电子能级发生微小 变化，造成俄歇电子能 量微小变化，表现在俄 歇电子谱图上，谱线位 置有微小移动，这就是 化学位移。
锰和氧化锰的俄歇电子谱
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锰 氧化锰
光电子能谱 XPS
电子能谱的基本原理
基本原理就是光电效应。
能量关系可表示：
hv Eb Ek Er
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量
Er
1M
2
ma*2
忽略 Er(<0.1eV）得
hv Ek Eb
对孤立原子或分子， Eb 就是把电子从所在轨道
移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。
hv Ek Eb
返回
金属铝低结合能端 的放大谱(精细结构)
相邻的肩峰则分 别对应于Al2O3中 铝的2s和2p轨道 的电子
返回
俄歇电子能谱(AES)
•1925年法国的物理学家俄歇（P.Auger）在用X射线研究光电效应时就已发现俄 歇电子，并对现象给予了正确的解释。 •1968年L.A.Harris采用微分电子线路，使俄歇电子能谱开始进入实用阶段。 •1969年，Palmberg、Bohn和Tracey引进了筒镜能量分析器，提高了灵敏度和 分析速度，使俄歇电子能谱被广泛应用。
功函数
光电子能谱分类
根据激发源的特征 不同，电子能谱又分为: X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer) 紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer)
俄歇电子
原子序数
实验值在
和12
之间3
4
功
函 数
WXY俄歇过程示意图
另一表达式
俄歇跃迁能量的另一表达式为：
EWXY
Байду номын сангаасEW
(Z)
1 2 {EX
(Z)
EX
(Z
1)}
1 2
{EY
(Z
)
EY
(Z
1)}
俄歇过程至少有两个能级和三个电子参与，所
以氢原子和氦原子不能产生俄歇电子。(Z3)孤
立的锂原子因最外层只有一个电子，也不能产
Ek hv Eb E振
由于光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原 子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动 能级,因此被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结 构以及固体样品表面的原子、电子结构。
下一页
紫外光电子谱图的形状取 决于电离后离子的状态。
化学吸附后，带发生了位移
对固体样品，必须 考虑晶体势场和表 面势场对光电子的 束缚作用，通常选 取费米(Fermi)能
级为 Eb 的参考点。
0k时固体能带中充 满电子的最高能级
功函数
hv Ek Eb
实际测到的电子动能为：
Ek' Ek (sp s ) hv Eb sp
Eb hv Ek' sp
仪器功函数
返回
X射线光电子能谱（XPS）
由于各种原子轨道中电子的结合能是一定的，因此 XPS 可用来测定固体表面的化学成分,一般又称为化 学分析光电子能谱法（ Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称 ESCA）。
与紫外光源相比，射线的线宽在0.7eV以上，因此 不能分辨出分子、离子的振动能级。
L3M 2,3M 2,3 543eV 540eV L3M 2,3M 4,5 590eV 587eV L3M 4,5M 4,5 637eV 636eV
凝聚分子的谱带明显增 宽，并失去精细结构
气体分子有明显 的振动精细结构
横坐标为分子的电离能In 或
光电子动能 En hv In
苯在Ni(111)上的UPS谱 下一页
振动精细结构
对于同一电子能级，分子还可能有许多不同的 振动能级，因此实际测得的紫外光电子能谱图既 有结合能峰，又有振动精细结构。
Ek
俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或X射 线使原子内层能级电子电离，外层电子产生无辐 射俄歇跃迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真 空中对它们进行探测。
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俄歇过程和俄歇电子能量
WXY 跃 迁 产 生 的 俄 歇 电子的动能可近似地 用经验公式估算，即：
EWXY EW (Z) EX (Z)
EY (Z )
生俄歇电子，但固体中因价电子是共用的，所
以金属锂可以发生 KVV 型的俄歇跃迁。
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俄歇谱图
从微分前俄歇谱 的 N(E) 看出，这部分 电子能量减小后迭加 在俄歇峰的低能侧， 把峰的前沿变成一个 缓慢变化的斜坡，而 峰的高能侧则保持原 来的趋势不变。俄歇 峰两侧的变化趋势不 同，微分后出现正负 峰不对称。
AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。
光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很短，实际能探测的信息深 度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分析的 方法。
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紫外光电子能谱(UPS)
紫外光电子谱是利用能量在16 ~ 41eV 的真空紫外光 子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的 一种谱学方法。忽略分子、离子的平动与转动能，紫 外光激发的光电子能量满足如下公式：
hv
I
(a) n
[Ev' (v' ) Ev' (0)]
光 电 子 动 能
入
绝
射
热
光
电
子 能
离
量
能
振 动 激 发 态
振 动 基 态
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离子的振动态能量
CO的光电子能谱及其相关能级图
CO+第二激发态( ) B~ ~
CO+第一激发态( ) A
1 2 成键电子跃迁
CO+的基态( X~)
1 2
非键电子跃迁