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(1)半球形分析器 半球形分析器是由两个同心半球面组成， 如下图所示。外球面加负电位，内球面加 正电位。同心球面空隙中的电场，使进人 分析器的电子按其能量大小“色散”开， 而将能量为某一定值的电子聚焦到出口狭 缝。改变分析器内、外两球面的电位差， 就能使不同能量的电子依次通过分析器。
半球形分析器示意图
(2)筒镜分析器
筒镜形电子能量分析器(CMA, Cylindrical Mirror Analyzer)，由两个同轴圆筒组成。 样品和探测器沿着两个圆筒的公共轴线放 置，空心内筒的圆周上开有入口和出日狭 缝，其几何形状如下图所示。 外筒加负电压，内筒接地。内外筒之间有 一个轴对称的静电场。
筒镜分析器示意图
2. 定性基础:
周期表中每一种元素的原子结构互不相 同，原子内层能级上电子的结合能是元素 特性的反映，具有标识性，可以作为元素 分析的“指纹”。而化学位移是XPS用作 结构分析的根据，但大多数元素的化学位 移幅度都比较小，一般只有几电子伏，最 大也只有十几电子伏，再加上样品荷电效 应的影响、伴峰的干扰等，这就给化学位 移的正确判断和解释带来了困难。因此， 准确地标识谱图是获得原子、分子的电子 结构信息的前提和基础。
在这种情况下，仅仅依据结合能数值难以 作出正确的鉴别，需要其它辅助方法进行 分析。
• 利用自旋-轨道双线间距和相对强度比在多 元素分析，特别是微量元素鉴定时常用。 微量元素的主峰与主元素（或其它元素） 位置相近（重叠），可以利用随化学位移 变化小的自旋－轨道偶合双线间距进行辨 别； • Auger谱线对化学位移更加敏感，经常被用 来分析元素的化学状态 • 利用伴峰进行辅助定性
3．电子能量分析器 电子能量分析器是测量电子能量分布的装 置，其作用是探测样品发射出来的不同能量 电子的相对强度。原理上，两大类 • 空间色散型和减速电位型 • 空间色散型又分为磁场式和静电场式两种， 目前商品仪器绝大多数都采用静电场式电子 能量分析器。
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分析器必须在高真空条件下工作，一般压 力应低于1.33×10-3 Pa，减少电子碰撞的 几率。此外，被分析的低能电子易受杂散 磁场(包括地磁场)的影响而偏离原来轨道， 整个分析器都必须用导磁率高的金属材料 屏蔽。 对于静电色散型谱仪，杂散磁场一 般要求小于1×10-8 T。 静电式分析器有多种几何结构形式，应用 最广的是半球形分析器和筒镜分析器。
• 结合能：原子(或分子)相互结合成固体后，
外层电子轨道相互重叠形成能带，但内层 电子能级基本保持原子的状态不变。XPS 定性分析的依据是：在分子或固体中原子 的内层电 子能级仍基本保持原子的特性， 我们可以利用每个元素的特征电子结合能 来对元素进行标识。
• 化学位移：结合能数值随化学环境变化，
用作价态状态、结构分析的依据。
单通道电子倍增示意图
(2). 多通道检测器
多通道检测器是由多个微型单通道电子 倍增器组合在一起而制成的一种大面积检 测器，也称位敏检测器，或多阵列检测器。
多通道检测器提到收集数据的效率，可 以大大提高仪器的灵敏度。
5. 谱仪灵敏度和分辨率
谱仪性能：灵敏度、分辨率、稳定性和 使用范围 • 谱仪的分辨率由下述因素决定：激发射线 的固有宽度、发射光电子的能级本征宽度 和电子能量分析器的分辨能力。 绝对分辨率：指光电子谱峰的半峰宽，一 般在0.x1.x eV 之间。
第二周期元素1s电子XPS谱图
部分元素1s 的XPS电子结合能位置：
• 每一种元素的原子结构互不相同，原子内层 能级上电子的结合能是元素特性的反映；具 有标识性，可以作为元素分析的“指纹”。
(可查XPS 或Auger电子能谱手册，自由原 子以真空能级作为参考能级，固体以Fermi 能级作为参考能级) • 当原子的化学环境发生变化时，可以引起内 层电子结合能的位移(电荷对原子体系的微 扰 )。
(1)单通道电子倍增器
单通道电子倍增器有管式和平行板式两 种，由高铅玻璃(钛酸钡系陶瓷)或半导体层 (如Si)和二次发射层(如A12O3)等组成。其 原理是：当具有一定动能的电子打到内壁 表面(二次电子发射层)后，每个入射电子打 出若干个二次电子，这些二次电子沿内壁 电场加速，又打到对面的内壁上，产生更 多的二次电子，如此反复倍增，最后在倍 增器的末端形成一个脉冲信号输出。
灵敏度和分辨率的关系
四、XPS定性分析
1. XPS qualitative analysis
• 物质元素组成的鉴定、特别是表面、界面 的元素组成及化学状态(成分、价状态、结 构) • 绝对灵敏度高，10-18 g，相对灵敏度较低～ 0.1% (How about to trace elements?)
• 灵敏度：灵敏度即谱峰的强度，通常用每 秒的脉冲数来表示 绝对灵敏度是指XPS方法的最小检测量，
可达10-18g左右 相对灵敏度指XPS方法的最低检测浓度， 即从多组分样品中检测出某种元素的最小 比例，以百分浓度(％)或ppm表示，如果不 经浓缩、富集等方法，目前只能达到千分 之一左右。
• 谱仪的稳定性是指谱峰位置的重现性及半 峰宽和峰面积的重现性。为了得到正确的 分析结果，要求峰位置的稳定性达到十分 之一电子伏以上。 • 谱仪的各种性能相互制约
精确测定元素内层电子结合能是鉴定元素 组成与化学状态的主要方法。但是在实际 样品分析时，经常遇到低含量元素的主峰 (最强峰)与高含量元素的较强峰(或弱峰)的 位置相近(或相同)而导致峰重叠的状况，使 含量低的组分鉴定较为困难。如Pt 4f/Al 2p；Ru 3d/C 1s；Sb 3d/O 1s等。
通过筒镜分析器的电子的能量由下式决定：
Ek=eV / 2ln(r2/r1)
式中，Ek为通过分析器的电子动能，e为电 子电荷，V为加在内外筒之间的电压，r2为 外筒半径，r1为内筒半径
筒镜分析器灵敏度较高(Auger多采用)，而 分辨率相对不足(采用多级串联)
4．检测器
原子和分子的光电离截面都不大，在XPS 分析中所能检测到的光电子流非常弱，一 般在10-1310 -19 A(相当于每秒钟有一到一 百万个电子通过)。要接收这样弱的信号必 须采用脉冲记数的方法，即用电子倍增器 来检测电子数目。目前商品谱仪所用的检 测器主要有两种类型：单通道电子倍增器 和多通道检测器。