x射线光电子能谱数据处理分析
X射线光电子能谱数据处理及分峰步骤
4、加峰：
点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择s、p、d 、f等峰类型（一般选s），在Position处选择希望的峰位， 需固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWHM） 、峰面积等。各项中的constraints可用来固定此峰与另一 峰的关系，如Pt4f7/2和Pt4f5/2的峰位间距可固定为3.45，峰 面积比可固定为4:3等。点Delete peak可去掉此峰。然后 再点Add peak选第二个峰，如此重复。
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点Data――Export （spectrum），则将拟合好的数据存盘 ，然后在Origin中从多列数据栏打开，则可得多列数据，并 在Origin中作出拟合后的图。
将拟合好的数据重新引回到Origin:
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。22.3. 2222.3. 22Tues day, March 22, 2022
1
Counts pulse counting
0.1 6 0 0 0 0 0 401 2202.52 4127.08 2458.36 2559.72 2523.56 2553.48 2509.8
6、X轴：点A(X)，再点右键，然后点set column values，出 现一个对话框，在from中填1，在to中填401(通道数)，在 col(A)中填BE始-0.05*(i-1)， 或直接填1486.6-KE始- 0.05*(i-1)，最后点do it。
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（XPS）是一种常用的表面分析技术，它通过测量材料表面的X射线光电子能谱来研究材料的化学组成、表面形貌以及表面电子结构等信息。
XPS技术具有高表面分辨率、高化学分辨率和宽能量范围等优点，被广泛应用于材料科学、表面科学和界面科学等领域。
下面将详细介绍XPS的原理、仪器结构、测量步骤以及应用。
XPS的原理：XPS基于光电效应，即当光子与物质相互作用时，能够使物质中的电子获得足够的能量从而被抛出。
通过测量被抛出的光电子的能量以及其强度，可以得到材料表面的各种信息。
XPS谱图由两个平行的轴表示，一个是电子能量轴，用来表示光电子的能量，另一个是计数轴，用来表示光电子的强度。
XPS的仪器结构：XPS的典型仪器结构包括光源、透镜系统、分析室、光电子能谱仪、多道分析器和检测器等部分。
其中，光源产生具有特定能量和强度的X射线，透镜系统用于聚焦X射线到样品表面，分析室用于保持真空环境，并可进行样品的表面清洁和预处理，光电子能谱仪用于测量光电子能谱，多道分析器用于对光电子的能量进行分析，检测器用于测量光电子的强度。
XPS的测量步骤：1.样品表面处理：对于有机材料，样品表面可能存在有机污染物，需要通过加热或离子轰击等方法进行表面清洁。
对于无机材料，一般不需要进行表面处理。
2.真空抽取：将样品放入真空室中，并进行抽取，以保证测量时的真空环境。
3.光源和透镜系统调节：调节光源的能量和透镜系统的聚焦，使其能够产生精确的X射线束。
4.测量样品表面：将样品置于X射线束中，测量样品表面的X射线光电子能谱。
5.数据分析：对测量得到的光电子能谱进行分析，得到材料的化学组成、表面形貌以及表面电子结构等信息。
XPS的应用：1.表面化学组成分析：XPS可以确定材料表面的元素组成和化学状态，对于催化剂、薄膜材料等具有重要意义。
2.表面形貌研究：通过测量不同位置的XPS谱图，可以了解材料表面的形貌特征，如晶体结构、晶粒尺寸等。
XPS数据分析方法
XPS数据分析方法XPS数据分析方法指的是通过使用X射线光电子能谱（XPS）来研究材料表面元素的组成、化学状态、分布以及电荷状态等信息的一种分析方法。
XPS是一种非破坏性的表面分析技术，主要用于材料科学、化学、物理、能源等领域的表面和界面分析。
下面是关于XPS数据分析方法的一些内容。
1.XPS原理XPS是基于光电离现象的一种分析技术。
当实验样品暴露在具有一定能量的X射线束下时，样品表面的原子会被激发，其中部分电子会被激发到费米能级以上，形成X射线光电子。
这些光电子经电场作用会被收集并形成能谱。
通过分析能谱可以得到样品表面元素的信息。
2.XPS数据处理XPS实验获得的原始数据包含了来自不同元素的能量信号，以及其他噪声信号。
数据处理旨在提取出有用的能量信号，并将其定性和定量分析。
常见的数据处理步骤包括信号峰形辨认、能量校正、背景修正和分峰拟合等。
3.峰形辨认峰形辨认是将实验数据中的峰与相应的元素进行匹配的过程。
每个元素具有特定的光电子能量，因此可以通过比较实验获得的能谱与已知元素的能谱进行匹配，确定元素的存在。
4.能量校正能谱中的能量量度需要进行校正，以获得准确的能谱峰位置。
能量校正的常用方法是通过硬币吸收边界（coinicidence absorption edge）或内部参考能谱进行校正。
这样可以消除能量测量中的偏差。
5.背景修正实验信号中常常会包含一些背景信号，如弹性散射信号、底部信号等。
这些背景信号对于准确的数据分析来说是干扰因素，需要进行背景修正。
背景修正的方法可以是线性背景修正或曲线拟合法。
6.分峰拟合分峰拟合是基于已知的能量峰进行曲线拟合，以确定元素在样品中的化学状态和相对丰度。
常见的拟合函数包括高斯函数、洛伦兹函数和Pseudo-Voigt函数等。
7.数据分析通过对能谱的峰进行定量分析，可以获得材料表面元素的组成和相对丰度。
此外，还可以通过分析峰的形状和位置得到元素的化学状态信息。
通过与已知物质的对比，可以推测样品的化学成分，并深入了解材料的特性。
X射线光电子能谱(XPS)谱图分析
一、X光电子能谱分析的基本原理X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。
该过程可用下式表示：hn=Ek+Eb+Er （1）其中:hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。
其中Er很小，可以忽略。
对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，式(1)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为 4 eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。
各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。
因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。
元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。
例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。
因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。
二、电子能谱法的特点(1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。
(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。
它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。
而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。
(3)是一种无损分析。
(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度高达10-18g，样品分析深度约2nm。
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。
X射线光电子能谱分析
X射线光电子能谱分析X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）是一种重要的表面分析技术，广泛应用于物质表面成分、电子态和化学状态的研究。
本文将从XPS的原理、仪器构成、数据分析以及应用等方面进行详细介绍。
XPS原理基于光电效应，即当材料表面受到X射线照射后，光电子从表面脱离。
这些脱离的光电子具有一定的动能，其动能与被照射材料的原子核和电子状态相关。
通过测量脱离光电子的动能和相应的能谱，可以获得材料表面的成分和电子结构等信息。
XPS仪器通常由X射线源、光学系统、光电子能谱仪以及数据采集与分析系统组成。
X射线源通常采用非常纯净的铝或镁，通过加热产生X射线，其能量通常在0.5-2.5 keV范围内。
光学系统将X射线聚焦在材料表面，使其与表面相互作用。
此外，还需要一个真空系统以及样品调节装置，以保证实验过程的可靠性。
在光电子能谱仪中，光电子在进入光学透镜之后，通过缝隙进入光谱学荧光屏，其中光电子会击中荧光屏产生荧光，然后荧光被光电二极管或者多道采集系统接收。
通过测量光谱的能量分布，可以得到XPS的能谱图像。
数据采集与分析系统用于处理和分析得到的XPS数据。
根据样品组成和光电子的能量分布，可以识别和测量各种元素的化学状态和含量。
此外，还可以通过能级分别效应等技术，研究材料的表面电子结构和化学键性质。
XPS在材料科学和表面化学等领域具有广泛的应用。
首先，XPS被广泛应用于材料表面组分分析。
通过测量光电子的能量分布，可以确定元素的存在和相对含量，从而判断材料的组成。
其次，XPS可以提供元素的化学状态信息，即原子与其他元素的化学键类型和性质。
这对于研究各种材料的界面和表面反应具有重要意义。
此外，XPS还可以通过研究表面电荷分布和电子能带结构等信息，研究材料的电子结构与性质。
总结来说，X射线光电子能谱是一种重要的表面分析技术，可以提供材料的组分、化学状态以及电子结构等信息。
(完整版)X射线光电子能谱分析
结合能( EB)：电子克服原子核束缚和周围电子的作 用，到达费米能级所需要的能量。
XPS的基本原理
2. 光电离几率和XPS的信息深度 （1）光电离几率 ➢ 定义
光电离几率(光电离截面)：一定能量的光子在与原 子作用时，从某个能级激发出一个电子的几率； ➢ 影响因素 与电子壳层平均半径，入射光子能量，原子序数有 关；
➢ 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。
光电子能谱仪实验技术
1．Ｘ射线激发源
XPS中最常用的X射线源主要由灯丝、栅极和阳极 靶构成。
X射线源的主要指标是强度和线宽，一般采用K 线，因为它是X射线发射谱中强度最大的。在X射线 光电子能谱中最重要的两个X射线源是Mg和Al的特征 K射线.
种基于光电效应的电子能谱，它是利 用X射线光子激发出物质表面原子的内 层电子，通过对这些电子进行能量分 析而获得的一种能谱。
这种能谱最初是被用来进行化学分析 ，因此它还有一个名称，即化学分析
电子能谱（ ESCA，全称为Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）
XPS的基本原理
化学位移 1. 定义
由于化合物结构的变化和元素氧化状态的变化引 起谱峰有规律的位移称为化学位移 2. 化学位移现象起因及规律 （1）原因
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。因而元素的价态改变或周围元素的电负性改 变，则内层电子的结合能改变。
XPS的基本原理
➢ 与氧化态关系
光电子能谱仪实验技术
光电子能谱仪的结构 电子能谱仪主要由激发源、电子能量分析
光电子能谱仪实验技术
小木虫emuchnetX射线光电子能谱数据处理及分峰步骤
03
分峰步骤
初步分峰
初步分峰是X射线光电子能谱数据处理的第一步，主要是将原始谱图中的峰进行初步 的分类和识别。
在初步分峰中，需要确定每个峰的位置、强度和半高宽等参数，以便后续的参数调 整和优化。
初步分峰的结果可以为后续的优化分峰参数提供基础数据，提高分峰的准确性和可 靠性。
优化分峰参数
优化分峰参数是X射线光电子能谱数据处理的重要步骤，主要是对初步分峰结果中的参数进行优化和调 整。
未来研究可以进一步探索数据处理及分峰的新算法和技术， 以更好地满足实验需求，推动相关领域的发展。
THANKS
感谢观看
在优化分峰参数中，需要综合考虑每个峰的位置、强度、半高宽等参数，以及相邻峰之间的相互关系和 干扰因素。
通过调整参数，可以进一步提高分峰的准确性和可靠性，为最终的分峰结果分析提供更加准确的数据基 础。
最终分峰结果分析
最终分峰结果分析是X射线光电子能谱数据处理 的最后一步，主要是对优化后的分峰结果进行 分析和解释。
校准
对背景校正后的数据进行校准，确保 能量标度的准确性。
谱峰提取
阈值设定
根据信号强度设定阈值，提取出有效的谱峰信息。
峰位确定
通过拟合或识别算法确定谱峰的峰值位置。
谱峰拟合
拟合模型选择
选择合适的拟合模型，如高斯或洛伦兹函数，用于描述谱峰形状。
参数优化
通过迭代算法优化拟合参数，使拟合结果与实际数据相匹配。
手动调整
根据初步拟合结果，手动调整峰位和峰形， 确保每个峰都得到准确的拟合。
质量控制
检查分峰结果，确保每个峰都符合预期，并 对异常数据进行处理。
结果分析实例
元素定性分析
根据分峰结果，确定样品中存在的元素种类。
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主要内容
元素组成鉴定
元素组成鉴定
操作步骤：
1.使用Excel打开原始数据。将表格数据向下拉，依次为宽谱（wide） 及各个元素的窄扫描数据（如O1s,C 1s等） 2.选取宽谱（wide）的（或是要分析元素的）数据区域 3.将数据拷入Origin软件，以Binding Energy（BE）作为横坐标， Intensity（I）作为纵坐标作图，得到曲线。 4.不同元素对应唯一的结合能数值（BE），可与X射线光电子能谱标 准谱图进行对比（NIST网址： /xps/seLEnergyType.aspx） 5.首先鉴别总是存在的元素谱线，如C、O的谱线 6.鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线 7.鉴别剩余的弱谱线假设它们是未知元素的最强谱线
操作步骤：
1.对于半导体、绝缘体，测量化学位移前应首先进行荷电校正（所发 数据已经校正）。 2.一般情况下，光电子谱峰间的距离保持不变，峰间距可由标准谱图 查得。 3.对于p、d、f 等能级的次能级（如p3/2、p1/2)强度比是一定的，p3/2： p1/2=2:1； d5/2：d3/2=3:2； f7/2：f5/2=4:3。在峰拟合过程中要遵循 该规则。如W4f中的同一价态的W f7/2和Wf5/2的峰面积比应为4:3。 4.被测原子的氧化态越大，或与电负性大的原子结合时，内层电子结 合能越大。 5.根据样品实际情况，进行分峰拟合分析。
对于同一样品中的两个元素i和j，其原子浓度比为
元素定量分析
操作步骤：
1.打开原始数据后，以binding Energy(BE)作为横坐标，以Intensity 列/Transmission Value 列得到的有效强度I’作为纵坐标，在xpspeak 软件中取基线求得峰面积或是Origin软件中对元素对应的峰进行积分 求得I’。 2.元素灵敏度因子S可查表（见附录RSF）得到。 3.运用公式计算可得元素原子相对浓度极其比值。
说明：另一种求算峰面积方法是：用原始数据的binding Energy(BE) 作为横坐标， Intensity 列作为纵坐标，在xpspeak 软件中取基线求 得峰面积或是Origin软件中对元素对应的峰进行积分求得。这两种方 法的求得元素的相对原子浓度比相差不多。
主要内容
元素化学态分析
元素化学态分析
元素组成鉴定
Typical XPS Survey Spectrum
主要内容
元素定量分析
元素定量分析
采用元素灵敏度因子法：
1、查找对应元素相应轨道的灵敏度因子，计算峰面积/灵敏度因子 比值； 2、按下面所列公式将各个元素特征谱的峰面积/灵敏度因子比值进 行归一化求和，即可得到各个元素在样品表面的相对含量。
p、d、f等峰类型（一般选s），在Position处选择希望 的峰位，需固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰 宽（FWHM）、峰面积等。各项中的constraints可用来 固定此峰与另一峰的关系，如Pt4f7/2和Pt4f5/2的峰位间
距可固定为3.45，峰面积比可固定为4:3等。点Delete
元素化学态分析
7、点Save XPS存图，下回要打开时点Open XPS就可以 打开这副图继续进行处理。
元素化学态分析
8、数据输出：
点Data――Print with peak parameters可打印带各峰参数的谱图， 通过峰面积可计算此元素在不同峰位的化学态的含量比。 点Data――Export to clipboard，则将图和数据都复制到了剪贴板 上，打开文档（如Word文档），点粘贴，就把图和数据粘贴过去 了。 点Data――Export （spectrum），则将拟合好的数据存盘，然后 在Origin中从多列数据栏打开，则可得多列数据，并在Origin中作 出拟合后的图。
x射线光电子能谱数据处理主要内容来自仪器型号及主要参数
元素组成鉴别
元素定量分析
元素化学态分析
主要内容
仪器型号及主要参数
仪器型号及主要参数
X射线光电子能谱仪型号：AXIS ULTRA DLD （岛津集 团Kratos公司生产） X射线源：单色化Al靶，Al Kα hv=1486.6eV 样品分析区域：700×300µm
将拟合好的数据重新导回到Origin:
peak可去掉此峰。然后再点Add peak选第二个峰，如 此重复。
元素化学态分析
5、拟合：选好所需拟合的峰个数及大致参数后，点 Optimise region进行拟合，观察拟合后总峰与原始峰的 重合情况，如不好，可以多次点Optimise region。 6、参数查看：拟合完成后，分别点另一个窗口中的 Rigion Peaks下方的0、1、2等可看每个峰的参数，此时 XPS峰中变红的为被选中的峰。如对拟合结果不region满 意，可改变这些峰的参数，然后再点Optimise。
元素化学态分析
I 荷电校正： 对于半导体，绝缘体，需以C单质的标 准峰位284.8校正。
说明：所给数据都已经校正，所以数据不 需进行此步骤处理。
元素化学态分析
II.分峰拟合（软件—xps Peak4.1）
1、将所拷贝数据转换成TXT格式：把所需拟合元素的数 据引入Origin后，将column A和B中的值复制到一空的记 事本文档中（即成两列的格式，左边为结合能，右边为 峰强），并存盘。如要对数据进行去脉冲处理或截取其 中一部分数据，需在Origin中做好处理。 2、将.txt数据导入（Import ASCII)XPS Peak4.1.
元素化学态分析
3、选择本底：点Background，因软件问题， High BE和Low BE的位置最好不改，否则无法再回到 Origin，此时本底将连接这两点，Type可据实际 情况选择，一般选择Shirley 类型。
元素化学态分析
4、加峰：点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择s、