X射线光电子能谱仪介绍

样品制备
• 样品要求
1.无磁性；无放射性；无毒性；无挥发性物质(如单质Na, K, S, P, Zn, Se, As, I, Te,Hg或者有机挥发物)；
2.干燥； 3.厚度小于2mm； 4.固体薄膜或块状固体样品切割成面积大小为5mm×8 mm； 5.粉末样品最好压片(直径小于8mm)，如无法成形，粉末要研细，且不少
可见，当入射X射线能量一定，测出功函数和电子的动能，即可求出电子 的结合能。 由于每种元素的电子结构是独特的，计算出Eb就可以判定元素的类型。 由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而测得的电子结合能必然 反应了表面化学成份的情况。
工作原理
三、工作流程 光源（X-ray）
样品
电离放出光电子
能量分析器
中印度洋海岭 Edmond 热液区块状硫化物中自然金的发现
工作原理
一、设备组成
光电子能谱仪主要由激发源、电子能量分析器、探测电子的监测器 和真空系统等几个部分组成。
能量分析器
X射线光源
样Leabharlann Baidu腔
PHI 5800 ESCA 系统 真空泵组
计算机处理
工作原理
二、基本原理
EK=hν-Eb-Φsp
（Eb：电子结合能； Φsp：谱仪的功函数， 一般为常数； EK：电子动能，可实 验测得； hν ：X射线能量，已 知）
校正或消除样品 的荷电效应
块状：直接夹或粘在样品托上 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
镀金法，电中和 法，内标法，外 标法等
除去表面污染物
真空加热，Ar离子刻蚀
主要特点
适用于固、液、气体样品 可以测定除H、He以外的全部元素 相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标示
性强 能够观测化学位移，进行原子结构分析和化学键研究 超微表面分析（深度约20Å ） 样品用量少（约10-8g） 灵敏度高（可达10-18g）
主要功能
利用结合能进行定性分析 利用化学位移进行价态分析 利用强度信息进行定量分析 利用表面敏感性进行深度分布分析 结合离子枪进行深度分布分析 利用小面积或成像XPS可进行元素成像分析
扫描和记录系统 记录不同能量的电子数目
检测器
由激发源发出的具有一定能量的X射线，电子束，紫外光，离子束或中子束 作用于样品表面时，可将样品表面原子中不同能级的电子激发出来，产生光电子 或俄歇电子等．这些自由电子带有样品表面信息，并具有特征动能．通过能量分 析器收集和研究它们的能量分布，经检测纪录电子信号强度与电子能量的关系曲 线．即为光电子能谱．
于0.1g。
• 注意事项
1.样品分析面确保不受污染，可使用分析纯的异丙醇，丙酮，正己烷， 或三氯甲烷溶液清洗以达到清洁要求；
2.使用玻璃制品或者铝箔盛放样品，以免硅树脂或纤维污染样品表面； 3. 制备或处理样品时使用聚乙烯手套，以免硅树脂污染样品表面。
样品制备
·制备过程
气体 气化
液体 冷冻
固体
采用差分抽气的方法把气体 引进样品室直接进行测定
X射线光电子能谱分析 X-ray Photoelectron Spectroscopy
报告人：单梦洁 成员： 单梦洁 刘二情
魏娟娟 杨 秋
XPS
• X射线光电子能谱分析法是用X射线作入射束，在与样品表 面原子相互作用后，将原子内壳层电子激发电离，通过对 结合能的计算并研究其变化规律来了解被测样品所含元素 及其化学状态。
数据分析
• 定量分析
选取最强峰的面积或强度作为定量计算的基础，多采用灵敏度因子法， 因为各元素产生光电子时的含量强度和含量不一定成正比，从而利用灵敏度 因子对强度进行修正，其做法为：以峰边、背景的切线交点为准扣除背景， 计算峰面积或峰强，然后分别除以相应元素的灵敏度因子法，就可得到各元 素的相对含量，这个相对含量是原子个数相对含量即摩尔相对含量。
数据分析
• 定性分析
首先扫描全谱，由于荷电存在使结合能升高，因此要通过C结合 能284.6eV对全谱进行荷电校正，然后对感兴趣的元素扫描高分辨谱， 将所得结果与标准图谱对照，由结合能确定元素种类，由化学位移确 定元素的化学状态，为使结果准确在每一次扫描得结果分别进行荷电 校正。
XPS谱图中化学位移的分析一般规律为： 1、原子失去价电子或因与电负性高的原子成键而显正电时，内层电子 结合能升高。 2、原子获得电子而荷负电时，内层电子结合能减小。 3、氧化态越高，结合能越大。 4、价层发生某种变化时，所有内层电子化学位移相同 。 5、对于XPS峰主量子数n小的壳层比n大的峰强，n相同的角量子数l大 的峰强，n，l相同的j大的峰强。
使用条件
• 基础设施要求
电力:单相 200-230V 交流电，50 A，50/60 Hz 压缩空气:不低于 620 kPa 干氮气:不高于 16 kPa
• 环境要求
静磁场：100 μT 或更低 交变磁场： 0.3 μT 或更低 震动：10 μm 或更低 (0.1~60 Hz) 的位移 温度：20±5℃ 湿度：70% 或更低（无冷凝） 散热：正常使用时 3000 W 烘烤时不高于 7000 W
数据分析
• XPS图谱解释步骤
1、在XPS谱图中首先鉴别出C 1s 、O 1s、 C（KLL）、 O （KLL）的谱峰； 2、鉴别各种伴线所引起的伴峰； 3、先确定最强或较强的光电子峰（或俄歇电子峰），再鉴定弱的谱线； 4、辨认p、d、f自旋双重线，核对所得结论。
• XPS图谱的分峰处理
由于在制备过程中外界条件不可能完全均匀一致，因而对于同一元素可 能存在不同的化学态，而各化学态产生的峰又有可能相互重叠，这样就对定 性、定量分析带来了不便，因而在进行数据分析时需要对可能存在重叠的峰 进行分峰处理，目前有很多数据处理软件可以进行分峰运算，其原理都是利 用高斯－洛沦兹函数，其中XPSpeak比较常用。
• 这个被入射的特征X射线激发电离的电子称为光电子。 • 它不但用于化学元素分析，而且更广泛地应用于表面科学
和材料科学。
主要内容
• XPS的工作原理
设备组成，基本原理，工作流程
• XPS的使用条件（环境条件） • 样品制备
样品要求，注意事项，制备过程
• 仪器特点及功能
主要特点，主要功能
• 数据分析 • 应用实例