第五章 电子能谱分析法
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电子能谱分析课件
分类与应用
分类
电子能谱分析可分为能量损失谱、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱等不同 类型。
应用
广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域，用于研究表面结构、化学键、元 素组成等。
历史与发展
历史
电子能谱分析起源于20世纪初，经过不断发展，已经成为一种成熟的实验技术。
发展
随着科技的不断进步，电子能谱分析的精度和分辨率不断提高，应用范围也不断 扩大。
数据采集
启动电子能谱仪，采集样品的电子能量分布 数据。
实验设置
根据实验需求，设置电子能谱仪的参数，如 加速电压、电子束流等。
数据处理与分析
使用计算机与软件对采集的数据进行整理、 分析和解释，得出实验结果。
实验数据处理与分析
数据清洗
去除异常值和噪声，确保数据准确性 。
标定与校准
将实验数据与已知标准数据进行对比 ，确保测量准确性。
电子能谱分析课件
目录
• 电子能谱分析简介 • 电子能谱分析实验技术 • 电子能谱分析的理论基础 • 电子能谱分析的应用实例 • 电子能谱分析的挑战与展望 • 参考文献
01
电子能谱分析简介
定义与原理
定义
电子能谱分析是一种利用电子能量损 失或电子跃迁信息来研究物质内部结 构和化学状态的方法。
原理
通过测量电子在物质中损失的能量， 可以推断出物质的结构、组成和化学 环境等信息。
元素识别与定量分析
通过电子能谱数据识别样品表面的元 素种类和含量，进行定量分析。
结果解释与报告
根据实验结果，撰写实验报告并进行 结果解释，为后续研究提供依据。
03
电子能谱分析的理论基础
量子力学基础
01 02
电子能谱分析XPS和AES
电子能谱分析XPS和AES电子能谱分析（Electronic Spectroscopy）是一种用来研究材料表面的化学成分和电子结构的技术。
常用的电子能谱分析方法有X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）和反射能量损失光谱（Auger Electron Spectroscopy, AES）。
X射线光电子能谱（XPS）是一种通过照射样品表面并测量逸出电子能量来获取有关材料表面成分和电子状态的信息的分析技术。
XPS的原理基于光电效应，即被照射的样品会产生光电子，这些光电子的能量和数量与样品的化学成分和电子状态有关。
通过分析逸出电子的能谱，可以得到材料的化学成分、元素的氧化态和电子能级等信息。
XPS的实验装置主要由以下几个部分组成：X射线源、能谱分析器、逸出电子探测器和数据处理系统。
首先，样品被置于真空室中，并由X射线源产生的X射线照射。
X射线会使样品表面的原子或分子发生光电效应，逸出的光电子经过能谱分析器的光学元件进行能量分析。
最后，逸出电子被探测器捕获，并由数据处理系统进行分析和展示。
XPS的主要应用领域包括材料科学、表面化学和界面物理等。
通过XPS，可以定量确定样品表面的化学成分，并且可以分析不同化学状态的元素。
此外，XPS还可以提供有关样品表面化学反应和电子能带结构等信息。
XPS广泛应用于材料研究、催化剂表征、薄膜和界面研究等领域。
反射能量损失光谱（Auger Electron Spectroscopy, AES）是另一种常用的电子能谱分析方法。
AES是一种利用样品表面产生的俄歇电子进行表征的技术。
与XPS类似，AES也是一种通过照射样品表面并测量逸出电子能谱来获取有关材料表面成分和电子结构的信息。
AES的原理基于俄歇电子效应，即当X射线或电子束照射在样品表面时，被照射的原子会发生电离，产生一个空位。
然后，另一个外层电子会填补进空位，并释放出一个能量等于原位电子之间跃迁能量差的电子，称为俄歇电子。
第五章 电子能谱分析法
激发后的弛豫过程
A A hv
A A e
* 2
*
吉 首 大 学 JiShou University
物 理 与 机 电 工 程 学 院
College of Physics， Mechanical and Electrical Engineering
气体样品吸收X射线而产生X光电子时： hν = Ek + Eb + Er hν-入射光量子能量；Ek-光电子的动能；Eb-电子的结合 能；Er-原子的反冲能量，Er =1/2(M-m)v2 。反冲能量很小 (<0.1eV)，可忽略，因此，在光电子能谱图上就可以将动 能以结合能表示出来： Eb = hν－ Ek
不同元素的原子，其电子结合能Eb不同，电子结合能是特
征性的。因此，我们可以根据电子的结合能对物质的元素 种类进行定性分析。 （依据）
经X射线照射后，从样品表面某原子出射的光电子的强度 是与样品中该原子的浓度有线性关系，因此，可以利用它 进行元素的半定量分析。 （依据）
吉 首 大 学 JiShou University
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物 理 与 机 电 工 程 学 院
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光电效应：样品原子内的电子吸收入射光子，若入射光子 的能量大于原子中电子的结合能与样品的功函数之和，则
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5.1.1 基本原理及特点
电子能谱分析课件
数据处理算法
优化数据处理算法，提取更多有用的物理信息，提高分析的准确性和可靠性。
多维能谱技术
发展多维能谱技术，将电子能谱与其他谱学技术相结合，提供更全面的物质信息。
03
02
01
THANK YOU
感谢聆听
01
元素种类
电子能谱分析可以揭示物质中所包含的元素种类，从而判断物质的化学组成。
02
元素含量
通过电子能谱分析，可以得出各元素在物质中的相对含量，有助于了解物质的比例关系。
电子能谱分析案例研究
总结词：电子能谱分析在材料表面分析中具有重要作用，能够提供表面元素组成、化学态和电子结构等信息。
总结词：电子能谱分析在生物分子结构研究中具有重要作用，能够提供分子内化学键和电子状态等信息。
选择合适的电子能谱仪，确保其性能稳定、精度高。
01
02
03
04
数据采集
数据清洗
数据分析
结果解释
采用适当的分析方法对数据进行处理，提取有用的信息，如元素组成、含量等。
对采集的数据进行清洗，去除异常值和噪声，提高数据质量。
采集实验数据，包括能谱图、峰位、峰强等信息。
根据分析结果，对样品的组成和性质进行解释，并给出相关结论。
电子能谱分析结果解读
1
2
3
通过电子能谱分析，可以得出物质内部电子的能级分布情况，从而了解物质的电子结构特征。
能级分布
根据电子能谱的峰位和强度，可以判断电子跃迁的类型，从而推断出物质所处的状态和所处的环境。
跃迁类型
通过电子能谱分析，可以推断出分子轨道的能量分布和轨道构型，有助于理解分子的成键特性和化学性质。
电子能谱仪通过发射高能电子束轰击样品，使样品中的原子或分子的内层电子被激发，产生特征能量损失。
优化数据处理算法，提取更多有用的物理信息，提高分析的准确性和可靠性。
多维能谱技术
发展多维能谱技术，将电子能谱与其他谱学技术相结合，提供更全面的物质信息。
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THANK YOU
感谢聆听
01
元素种类
电子能谱分析可以揭示物质中所包含的元素种类，从而判断物质的化学组成。
02
元素含量
通过电子能谱分析，可以得出各元素在物质中的相对含量，有助于了解物质的比例关系。
电子能谱分析案例研究
总结词：电子能谱分析在材料表面分析中具有重要作用，能够提供表面元素组成、化学态和电子结构等信息。
总结词：电子能谱分析在生物分子结构研究中具有重要作用，能够提供分子内化学键和电子状态等信息。
选择合适的电子能谱仪，确保其性能稳定、精度高。
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数据采集
数据清洗
数据分析
结果解释
采用适当的分析方法对数据进行处理，提取有用的信息，如元素组成、含量等。
对采集的数据进行清洗，去除异常值和噪声，提高数据质量。
采集实验数据，包括能谱图、峰位、峰强等信息。
根据分析结果，对样品的组成和性质进行解释，并给出相关结论。
电子能谱分析结果解读
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3
通过电子能谱分析，可以得出物质内部电子的能级分布情况，从而了解物质的电子结构特征。
能级分布
根据电子能谱的峰位和强度，可以判断电子跃迁的类型，从而推断出物质所处的状态和所处的环境。
跃迁类型
通过电子能谱分析，可以推断出分子轨道的能量分布和轨道构型，有助于理解分子的成键特性和化学性质。
电子能谱仪通过发射高能电子束轰击样品，使样品中的原子或分子的内层电子被激发，产生特征能量损失。
电子能谱分析法
谱仪的内部尺寸足够大， 从而影响电子从样品表面上发射
减少电子在运动过程中 并产生外来干扰谱线。
同残留气体分子发生碰
撞而损失信号强度。
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
二、样品测定
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
液体
采用差分抽气的方法把气体引进样 品室直接进行测定
磁场式分析器 静电式分析器
半球形分析器 筒镜分析器
半球形电子能量分析器
半球形电子能量分析器示意图
筒镜形电子能量分析器
镜筒分析器示意图
3. 检测器
检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增器
光电子或俄歇电 子流 1 0 -13 ~ 1 0 -9 A
倍增器
1 0 -4 ~ 1 A
通道电子倍增器是一种 采用连续倍增电极表面（管 状通道内壁涂一层高阻抗材 料的薄膜）静电器件。内壁 具有二次发射性能。电子进 入器件后在通道内连续倍增， 增益可达 109 。
校正或消除样 品的荷电效应
电中和法、内 标法和外标法
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。
（1）真空加热； （2）氩离子刻蚀。
样品的制备
X射线光电子能谱仪对待分析的样品有特殊的要求， 在通常情况下只能对固体样品进行分析。
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。
XPS
第五章电子能谱分析1.概述2.X射线光电子能谱的基本原理3.X射线光电子能谱仪及实验技术4.X射线光电子能谱谱图解析5.X射线光电子能谱的应用武汉科技大学材料与冶金学院张海军教授一、概述表层元素组成与离子¾电子能谱分析是一种研究物质表层状态的表面分析技术。
基本原理是用单色射线照射样品，使样品中原子¾其基本原理或分子的电子受激发射，然后测量这些电子的能量分布。
¾通过与已知元素的原子或离子的不同壳层的电子的能量相比较，就可确定未知样品表层中原子或离子的组成和状态。
十个纳米左右。
¾表层的信息深度大约为十个纳米左右电子能谱分析种类根据激发源的不同和测量参数的差别，常用的电子能谱分析是：¾X射线光电子能谱分析(XPS)---X-ray photoelectron spectroscopy;¾俄歇电子能谱分析(AES)---Auger electron spectroscoy;¾紫外光电子能谱分析(UPS)---ultraviolet photoelectron spectrocopy;¾二次离子质谱法（SIMS)---secondary ion mass specrometry;¾激光微探针质谱法(LMMS)---laser microprobe mass spectrometry.二、X射线光电子能谱基本原理¾XPS是由诺贝尔物理奖获得者K. Siegbahn教授领导的研究小组创立的，并于1954年研制出了世界上第一台光电子能谱仪。
¾硫代硫酸钠的XPS谱图上出现两个完全分离的S2p峰，并且两峰的强度相等；而在硫酸钠的XPS谱图中只有一个S2p 峰。
硫代硫酸钠（Na2S2O3）中的两个硫原子（+6价和-2价）周围的化学环境不同，从而造成了二者内层电子结合能有显著的不同。
光电效应物质受光作用放出电子的现象称为e hv A A e +−+→+1 ljm+±==l1 ljm+±==l在电子能谱研究中，通常用主量子数n，角量子数l，和内量子数j来表征内层电子的运动状态。
第5章(1) X射线光谱分析基本原理
19:27:59
K系激发机理
K层电子被击出时， 原子系统能量由基 态升到K激发态，高 能级电子向K层空位 填充时产生K系辐射。 L层电子填充空位时， 产 生 Kα 辐 射 ； M 层 电子填充空位时产 生Kβ辐射。
特征光谱——定性依据
ν n1→n2
=
En1
− En2 h
=
cR(Z
−
σ
)2
19:27:59
Ee
=
eU
=
1 2
mυ0
Im = K ⋅ Z ⋅i ⋅U 2
19:27:59
短波限
• 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限尽能量所产生的 X射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。
• 相互关系为：
eV
=
hν max
=
hc
λ
0
• 式中e——电子电荷，等于 4.803×10−10 静电单位；
n22
1 −
n12
L→K层；Kα 线系；
n1 =2，n2 =1；
ν Kα
= ( 3)cR(Z 4
−σ )2
λKα
=c
ν Kα
=
4
3R(Z −σ
)2
不同元素具有自己的特征谱
线 ——定性基础；
谱线强度——定量；
19:27:59
三、X射线的吸收、散射与衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray 1. X射线的吸收
µl：线性衰减系数； µm：质量衰减系数； µn：原子衰减系数；
衰减系数的物理意义：单位路程 (cm)、单位质量(g)、单 位截面(cm2) 遇到一个原子时，强度的相对变化（衰减）；
K系激发机理
K层电子被击出时， 原子系统能量由基 态升到K激发态，高 能级电子向K层空位 填充时产生K系辐射。 L层电子填充空位时， 产 生 Kα 辐 射 ； M 层 电子填充空位时产 生Kβ辐射。
特征光谱——定性依据
ν n1→n2
=
En1
− En2 h
=
cR(Z
−
σ
)2
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Ee
=
eU
=
1 2
mυ0
Im = K ⋅ Z ⋅i ⋅U 2
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短波限
• 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限尽能量所产生的 X射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。
• 相互关系为：
eV
=
hν max
=
hc
λ
0
• 式中e——电子电荷，等于 4.803×10−10 静电单位；
n22
1 −
n12
L→K层；Kα 线系；
n1 =2，n2 =1；
ν Kα
= ( 3)cR(Z 4
−σ )2
λKα
=c
ν Kα
=
4
3R(Z −σ
)2
不同元素具有自己的特征谱
线 ——定性基础；
谱线强度——定量；
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三、X射线的吸收、散射与衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray 1. X射线的吸收
µl：线性衰减系数； µm：质量衰减系数； µn：原子衰减系数；
衰减系数的物理意义：单位路程 (cm)、单位质量(g)、单 位截面(cm2) 遇到一个原子时，强度的相对变化（衰减）；
《电子能谱分析法》课件
特点
高分辨率、高灵敏度、高精度和高可 靠性，能够提供物质内部结构和化学 键合状态的详细信息。
工作原理
电子能谱仪通过发射高能电子束轰击 样品，使样品中的原子或分子的内层 电子被激发，产生特征能量损失或能 量沉积。
通过测量这些能量损失或能量沉积的 分布，可以推断出样品中元素的种类 、含量和化学状态等信息。
特征提取与模式识别
通过改进算法和计算机技术，实现更快速、准确地进行特 征提取和模式识别，为后续的数据分析和解释提供有力支 持。
多维数据分析
引入多维数据分析方法，将不同来源、不同类型的电子能 谱数据整合起来，进行综合分析和比较，提高分析结果的 全面性和可靠性。
新技术的应用与拓展
01 02
人工智能与机器学习
稳定性与可靠性
仪器在工作过程中需要保持稳定性和可靠性，减少误差和干扰，提 高分析结果的准确性和可靠性。
自动化与智能化
为了提高工作效率和降低人为误差，需要加强仪器的自动化和智能化 程度，实现快速、准确地获取和分析数据。
数据分析方法改进
算法优化
针对不同类型的电子能谱数据，需要不断优化算法以提高 数据处理速度和准确度。
利用人工智能和机器学习技术对电子能谱数据进行深度学习和挖掘，发 现隐藏在数据中的规律和知识，为科学研究和实际应用提供新的思路和 方法。
联用技术
将电子能谱分析与其它分析技术联用，如色谱、质谱等，实现多维、多 角度地获取样品信息，提高分析结果的全面性和准确性。
03
跨学科融合
加强与其他学科的交叉融合，如化学、生物学、医学等，拓展电子能谱
2023
REPORTING
《电子能谱分析法》 ppt课件
2023
目录
• 电子能谱分析法概述 • 电子能谱分析法的基本原理 • 电子能谱分析法的实验技术 • 电子能谱分析法的应用实例 • 电子能谱分析法的挑战与展望
高分辨率、高灵敏度、高精度和高可 靠性，能够提供物质内部结构和化学 键合状态的详细信息。
工作原理
电子能谱仪通过发射高能电子束轰击 样品，使样品中的原子或分子的内层 电子被激发，产生特征能量损失或能 量沉积。
通过测量这些能量损失或能量沉积的 分布，可以推断出样品中元素的种类 、含量和化学状态等信息。
特征提取与模式识别
通过改进算法和计算机技术，实现更快速、准确地进行特 征提取和模式识别，为后续的数据分析和解释提供有力支 持。
多维数据分析
引入多维数据分析方法，将不同来源、不同类型的电子能 谱数据整合起来，进行综合分析和比较，提高分析结果的 全面性和可靠性。
新技术的应用与拓展
01 02
人工智能与机器学习
稳定性与可靠性
仪器在工作过程中需要保持稳定性和可靠性，减少误差和干扰，提 高分析结果的准确性和可靠性。
自动化与智能化
为了提高工作效率和降低人为误差，需要加强仪器的自动化和智能化 程度，实现快速、准确地获取和分析数据。
数据分析方法改进
算法优化
针对不同类型的电子能谱数据，需要不断优化算法以提高 数据处理速度和准确度。
利用人工智能和机器学习技术对电子能谱数据进行深度学习和挖掘，发 现隐藏在数据中的规律和知识，为科学研究和实际应用提供新的思路和 方法。
联用技术
将电子能谱分析与其它分析技术联用，如色谱、质谱等，实现多维、多 角度地获取样品信息，提高分析结果的全面性和准确性。
03
跨学科融合
加强与其他学科的交叉融合，如化学、生物学、医学等，拓展电子能谱
2023
REPORTING
《电子能谱分析法》 ppt课件
2023
目录
• 电子能谱分析法概述 • 电子能谱分析法的基本原理 • 电子能谱分析法的实验技术 • 电子能谱分析法的应用实例 • 电子能谱分析法的挑战与展望
电子能谱分析法
一种强大的表面分析技术 5
一、引言
XPS technique is based on Einstein’s idea about the photoelectric effect, developed around 1905
The concept of photons was used to describe the ejection of electrons from a surface when photons were impinged upon it
(MgK or AlK). This is known as a monoenergetic X-Ray beam.
10
Why the Core Electrons?
An electron near the Fermi level is far from the nucleus, moving in different directions all over the place, and will not carry information about any single atom.
Fermi level is the highest energy level occupied by an electron in a neutral solid at absolute 0 temperature.
Electron binding energy (BE) is calculated with respect to the Fermi level.
2
什么是表面？ 表面的涵义：固体与真空、气体或者液体之间的边界层 表面的厚度：几个－几十个原子，0.x~x nm级 表面的成份：元素组成（有什么元素）、原子价态等 表面的重要性：物体的暴露面，化学反应的场所 几种常用的表面分析技术 X射线光电子能谱（XPS or ESCA）（50％） 紫外光电子能谱（UPS) 俄歇电子能谱（AES）（ 40％）（X射线或电子束） 离子谱学——二次离子质谱（SIMS)（10％）
一、引言
XPS technique is based on Einstein’s idea about the photoelectric effect, developed around 1905
The concept of photons was used to describe the ejection of electrons from a surface when photons were impinged upon it
(MgK or AlK). This is known as a monoenergetic X-Ray beam.
10
Why the Core Electrons?
An electron near the Fermi level is far from the nucleus, moving in different directions all over the place, and will not carry information about any single atom.
Fermi level is the highest energy level occupied by an electron in a neutral solid at absolute 0 temperature.
Electron binding energy (BE) is calculated with respect to the Fermi level.
2
什么是表面？ 表面的涵义：固体与真空、气体或者液体之间的边界层 表面的厚度：几个－几十个原子，0.x~x nm级 表面的成份：元素组成（有什么元素）、原子价态等 表面的重要性：物体的暴露面，化学反应的场所 几种常用的表面分析技术 X射线光电子能谱（XPS or ESCA）（50％） 紫外光电子能谱（UPS) 俄歇电子能谱（AES）（ 40％）（X射线或电子束） 离子谱学——二次离子质谱（SIMS)（10％）
电子能谱分析法范文
电子能谱分析法范文电子能谱分析法（Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS）是一种用于材料表征和化学分析的高分辨率电子能谱技术。
本文将详细介绍电子能谱分析法的原理、仪器、应用以及相关发展。
1.原理电子能谱分析法是基于电子束与固体物质相互作用的原理而发展起来的。
当高能电子束与固体物质相互作用时，电子束中的电子会与样品中的原子和分子发生散射和能量损失。
根据散射和损失的特性，可以获取有关样品结构和化学成分的信息。
首先，能量损失中的弹性散射会导致电子束的方向偏转。
这种散射通常不提供太多有用的信息，因为它只反映样品中原子的位置。
然而，非弹性散射会导致电子能量的损失，进而获得关于物质的化学元素和化学键信息。
在电子能量损失过程中，主要包括电子与离子的库仑相互作用损失（Coulomb interaction loss）、电子与元素内部的能带电子相互作用损失（plasmon loss）以及金属内电子布拉格散射损失（core loss）。
这些能量损失过程的能量范围和特征可以用来确定样品的化学成分、晶体结构和电子态信息。
2.仪器为了进行电子能谱分析，需要一台高性能透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）。
TEM使用电子束而不是光线，以实现更高的空间分辨率，并能够观察到纳米尺度的材料。
TEM系统通常包括以下关键部件：-电子源：产生具有足够能量和强度的电子束。
-透射电子显微镜柱：聚焦并控制电子束的路径。
-样品台：支撑样品并控制其位置和角度。
-能谱仪：用于测量电子束被样品散射和损失的能量。
3.应用（1）元素分析：通过观察电子能量损失的特征，可以确定样品中元素的存在和相对含量。
这对于材料的化学表征和分析非常重要。
例如，可以用电子能谱分析法确定光催化材料中吸附的金属离子种类和浓度。
（2）缺陷和杂质检测：电子能谱分析可以帮助检测材料中的缺陷和杂质。
电子能谱分析法
是用X射线光子激发原子的内层电子发生 电离，产生光电子，这些内层能级的结合能对 特定的元素具有特定的值，因此通过测定电子 的结合能和谱峰强度，可鉴定除H和He（因为 它们没有内层能级）之外的全部元素以及元素 的定量分析。
X射线光电子能谱仪
XPE研究煤中有机硫在脱硫时的存在状 态
俄歇电子能谱仪
俄歇分析的选择
Z<14的元素，采用KLL俄 歇电子分析； 14<Z<42的元素，采用 LMM俄歇电子较合适； Z>42时，采用MNN和
MNO俄歇电子为佳。
俄歇谱仪示意图
金属铀与铝薄膜界面的俄歇电子能谱研 究
图1示出未循环和循环轰 击镀两种工艺下的Al薄膜、 U基体原子的AES深度剖 析谱。与图1a相比较,图 1b所示的Al薄膜与U基体 之间的界面原子的扩散效 应相当明显,以Al原子向U 基体内扩散为主,深度大 于400 nm。除了Al、U元 素外,观察到了元素O的存 在。
XPE研究煤中有机硫在脱硫时的存在状 态
XPE研究煤中有机硫在脱硫时的存在状 态
比较图与表可见，对于北宿煤来说，在XPS谱图上，结 合能在163.75 eV及168.7 eV处出峰，据表2模型化合物 中硫2P电子结合能的结果估算，北宿煤中主要存在噻吩 型硫及多环含硫化合物或含硫氧化合物和硫醚等。北宿 煤经射解后，168.75 eV及163.75 eV结合能处强度均有 所减弱，前者峰强减弱约36%，后者即163.75 eV处的 峰强降低12%。硫含量由2.73%降到2.44%，脱除率为 10.62%，射解脱除掉的硫主要是硫氧化合物；由于 163.75 eV峰亦有所减弱，噻吩类硫、硫砜及多环硫化 物硫亦有所解离。
电子能谱分析法的应用
第五篇 能谱分析 51 俄歇电子能谱分析(AES) 511 俄歇电
5.1.5 俄歇电子能谱仪的装置
主要讲电子探针束系统和能量分析系统。
(1) 电子探针束系统
俄歇电子能谱的探针电子要将结合能 Eth<2000eV能级上的电子电离。因此探针的射线能 量应高于此值。可供选择的能源有：X射线、高能 电子束和离子束。但三者相比,电子束的优点较多, 一般会采用其为电子探针系统。原因如下：
第五章 能谱分析
1. 俄歇电子能谱分析(AES) 1. 俄歇电子能谱概述
俄歇电子能谱(AES)采用受照射原子弛豫过程中 产生的俄歇电子为测试信号。它与光分析、X射线分 析不同的是,俄歇电子测试的是真正的电子及其能量。 光分析的对象是光波或电磁波。仅是能量。
俄歇电子能谱法有三个基本特征：
a) 俄歇电子能谱分析属于元素分析范畴；
子产额αk确定的情况下,产生的俄歇电子数将
越多,俄歇电子信号将可能越强(X射线荧光也 可能越强)。
若有Ii个能量为Ei的探针电子以入射角θ
照射到固体表面时,能够逸出到样品表面外的 单位立体角内的俄歇电子数的微分方程为：
dIa/dω = αx/4π∫f(Z,Ei,θ,Ii)exp(－μZ/cosθ)dZ
L = 6.13r1 E0/V = 1.3/ ln(r2/r1)
狭缝有一是宽度,相当于入射角θ有一个微小变化 (θ+Δθ) 。信号电子的能量也会有一个小变化,即为 (E0+ΔE0) 。经过静电场的电子运动轨迹和中心轴的 交点与理论交点F不是同一点,它们之间的距离为ΔL。 ΔL是Δθ和ΔE0的函数。其中ΔL与Δθ的关系式可由泰
a) 当探针电子能量(级)<4Eth(Eth为碳原 子中K电子的结合能,为284eV)时,在距离 表面10nm厚度内,离子的密度大。随着纵 向的深入,离子的密度迅速下降。
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光电效应：样品原子内的电子吸收入射光子，若入射光子 的能量大于原子中电子的结合能与样品的功函数之和，则
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什么是电子能谱分析法？
电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫 外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到 激发而发射出来（这些自由电子带有样品表面信 息），然后测量这些电子的产额（强度）对其能 量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。 X射线光电子能谱（XPS） 紫外光电子能谱（UPS） 俄歇电子能谱(AES)
激发后的弛豫过程
A A hv
A A e
* 2
*
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气体样品吸收X射线而产生X光电子时： hν = Ek + Eb + Er hν-入射光量子能量；Ek-光电子的动能；Eb-电子的结合 能；Er-原子的反冲能量，Er =1/2(M-m)v2 。反冲能量很小 (<0.1eV)，可忽略，因此，在光电子能谱图上就可以将动 能以结合能表示出来： Eb = hν－ Ek
样品中元素形成不同化合物时，其化学环境不同，导致元
素内层电子的结合能不同，在谱图上就会产生峰的位移（
化学位移）和峰形的变化。这种化学位移和峰形的变化与 元素的化学态有关，据此可对元素进行化学态分析。
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XPS 是重要的表面分析技术之一，是 由瑞典Kai M. Siegbahn教授领导的研究 小组创立的，并于1954年研制出世界上 第一台光电子能谱仪，1981 年，研制出 高分辨率电子能谱仪。他在1981年获得 了诺贝尔物理学奖。
•
Kai M. Siegbahn
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多重分裂峰
如果原子或离子的价壳有未成对电子存在，则内层芯能 级电离后留下不成对电子，可与原来未成对电子进行耦 合，从而发生能级分裂，导致光电子谱峰分裂成多个谱 峰，称之为多重分裂。
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3. 化学位移
化学位移：由于原子所处的化学环境不同而引起的内层电 子结合能的变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这一现象称
为化学位移。
化学位移产生的原因：原子核对内层电子有吸引力，外层电子 对内层电子有排斥（屏蔽）作用。当原子的化学环境发生改 变时，会引起原子核的吸引力和外层电子的屏蔽作用的改变 ，从而改变内层电子的结合能，因此 XPS谱峰发生移动。
不同元素的原子，其电子结合能Eb不同，电子结合能是特
征性的。因此，我们可以根据电子的结合能对物质的元素 种类进行定性分析。 （依据）
经X射线照射后，从样品表面某原子出射的光电子的强度 是与样品中该原子的浓度有线性关系，因此，可以利用它 进行元素的半定量分析。 （依据）
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谱图中必然也有俄歇峰。由于俄歇 电子的动能与激发源无关，可以使用 不同的X射线激发源采集同一样品的 谱线，在以动能为横坐标的谱图中， 俄歇谱线的能量位置不变，光电子峰 则相反；在以结合能为横坐标的谱图 中，光电子的能量位置不变，俄歇谱 线则相反。因此，可以利用换靶的方 法区分光电子线和俄歇线。
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表面灵敏度
样品深层产生的光电子在逸出表面的过程中会与样
品原子发生非弹性碰撞而损失能量，只有表面或表面以 下几个原子层中产生的光电子才会对XPS峰有贡献，所 以XPS对表面分析的灵敏度很高。
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5.1.2. XPS图谱解释
谱线识别
X射线入射在样品上，样品原子中各轨道电子被激发出来成 为光电子。光电子的能量统计分布（ X射线光电子能谱）代表
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第五章 电子能谱分析法
X射线光电子能谱分析(XPS) 俄歇电子能谱分析（AES）
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对于固体样品 ：
hν = Ek′+ Eb′+Ws样
Ws样-样品的功函数。当固体样品与仪器的金属样品架电接触 良好且电子迁移达平衡时，两者的费米能级在同一水平 。 但功函数不同，接触电势差△V= Ws样 － Ws仪使自由电子 的动能由Ek′变为Ek″，则： Ek′+ Ws样 = Ek″+ Ws仪= hν－Eb′ 所以 Eb′= hν－Ek″－ Ws仪 Ws仪一般为常数(约4eV)，Ek″由电子能谱测得，因此，可求 出样品的电子结合能Eb′。
俄歇峰
X射线伴峰
污染峰
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伴峰
能谱中出现的非光电子峰称为伴峰
光电子峰 谱图中光电子峰是最主要的，光电子峰强度最大、 峰宽最小、对称性最好。每一种元素均有自已的最强的 、具有自身特征的光电子线，此为定性分析的依据。
了原子的能级分布情况。不同元素原子的能级分布不同，X射
线光电子能谱就不同，能谱的特征峰不同，从而可以鉴别不同 的元素。
电子能量用E = Enlj 表示。光电子则用被激发前原来所处的
能级表示。如： K 层 ——1S 光电子； L 层 ——2S ， 2P1/2 ， 2P3/2 光电子；M层——3S，3P1/2，3P3/2，3d3/2，3d5/2光电子…。
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X射线携上伴峰
谱线识别 如图以Mg K 为激 发源得到的Ag片的XPS 谱图。图中有 Ag3d3/2 和Ag3d5/2光电子两个 强特征峰。 用于鉴别 银。
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5.1.3 X射线光电子能谱仪和样品制备
1. X射线光电子能谱仪 XPS仪由X射线激发源、样品台、电子能量分析器、检 测器系统、超高真空系统等部分组成。
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吸收了光子的电子将离开样品表面进入真空，且具有一定
的动能，此即光电效应。如图
hv A A* e
X光电子：原子的内层电 子吸收入射的X射线从而脱 离原子成为自由电子，此即 X光电子。
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