第三篇成分和价键(电子)结构分析

2 ）俄歇电子。
E ≈ E1 (Z) – E2(Z) – E3(Z)
2 ）俄歇电子


元素在样品中所处的化学环境同样会造成 电子的结合能的微小差异，导致俄歇电子 能量的化学位移，因此根据俄歇电子的动 能可以确定元素类型，以及元素的化学环 境。 俄歇电子谱仪（AES）。俄歇电子能谱仪 所用的信号电子激发源是电子束。利用俄 歇电子能谱可以进行定兴和半定量的化学 成分分析。
3.2电子能谱



电子能谱仅是表面成分的反映，适合表面元素分析和表面 元素价态的研究。 X射线光电子能谱（ESCA或XPS）和俄歇电子能谱（AES） 是电子能谱分析技术中两种最有代表性的的方法。 AES一般用于原子序数较小（Z<33）的元素分析，而XPS 适用于原子序数较大的元素分析。AES的能量分辨率较 XPS低，相对灵敏度和XPS接近，分析速度较XPS快。此 外AES还可以用来进行微区分析，且由于电子束斑非常小， 具有很高的空间分辨率，可进行线扫描分析和面分布分析。 俄歇电子化学位移要比XPS的化学位移大得多，更适合于 表征化学环境的作用。
4）特征能量损失电子。

当入射电子与样品原子的 核外电子相互作用时，入 射电子的部分能量传递给 核外电子，使核外电子跃 迁到费米能级以上的空能 级，由于跃迁的终态与费 米能级以上的空能级分布 有关，而始态为与核外电 子的初始能级，因此跃迁 吸收的能量由原子种类决 定，并受周围化学环境的 影响。
4）特征能量损失电子。
2.各种特征信号的产生机制
1 ）特征X射线 2）俄歇电子 3 ）光电子 4 ）特征能量损失电子
1 ）特征X射线

E = Eh - El = h = hc/
1 ）特征X射线


X射线荧光光谱分析(X源自文库S)和电子探计X射 线显微分析（EPMA）都是以特征X射线 作为信号的分析手段。 X射线荧光光谱分析的入射束是X射线， 而电子探计X射线显微分析的入射束是电 子束。二者的分析仪器都分为能谱仪 （EDS）和波谱仪（WDS）两种。
1.原子中电子的分布和跃迁



原子内的电子分布遵从泡利不相容原理。 当入射的电磁波或粒子所具有的动能足以将原子内 层的电子击出其所属的电子壳层，迁移到能量较高 的外部壳层，或者将该电子击出原子系统而使原子 电离，导致原子的总能量升高处于激发状态。 这种激发态不稳定，原子较外层电子将跃迁入内层 填补空位。跃迁的始态和终态的能量差为E. 能量E为原子的特征能量，由元素种类决定，并受 原子所处环境的影响。因此可以根据一系列的E确 定样品中的原子种类和价键结构。
第十章 成分和价键分析概论
1. 原子中电子的分布和跃迁 2. 各种特征信号的产生机制 3. 各种成分分析手段的比较
1.原子中电子的分布和跃迁
在原子系统中，电子的能量和运动状态可以通过n，l，m， ms四个量子数来表示。 n为主量子数，具有相同n值的处于同一电子壳层，每个 电子的能量主要（并非完全）取决于主量子数。 l为轨道角动量量子数，它决定电子云的几何形状，不同 的l值将同一电子壳层内分成几个亚壳层。 m是轨道磁量子数，它决定电子云在空间伸展的方向。 ms是自旋磁量子数，决定了自旋方向。对于特定的原子， 每个能级上的电子能量是固定的。
3)光电子
hυ = EB+ EK 即光子的能量转化为电子的动能EK并克服原子核对核外电子的束缚EB EB=hυ - EK
3 ）光电子


各原子的不同轨道电子的结合能是一定的，具 有标识性；此外，同种原子处于不同化学环境 也会引起电子结合能的变化，因此，可以检测 光电子的动能，由光电发射定律得知相应能级 的结合能，来进行元素的鉴别、原子价态的确 定、以及原子所处的化学环境的探测。 利用光电子进行成分分析的仪器有X射线光电子 谱仪（XPS）和紫外光电子谱仪（UPS），分 别采用X射线和紫外光作为入射光源。
第三篇 成分和价键（电子）结构分析
第十章 成分和价键分析概论 第十一章 X射线光谱分析 第十二章 X射线光电子能谱分析 第十三章 俄歇电子能谱
第十章 成分和价键分析概论

大部分成分和价键分析手段都是基于同一 个原理，即核外电子的能级分布反应了原 子的特征信息。利用不同的入射波激发核 外电子，使之发生层间跃迁、在此过程中 产生元素的特征信息。

利用特征能量损失电子进行元素分析的仪器叫做电子能量 损失谱仪（EELS），它作为透射电子显微镜的附件出现。 和同为透射电镜附件的能谱仪（EDS）相比，EELS的能量 分辨率高得很多（为0.3eV）且特别适合轻元素的分析
3.各种成分分析手段的比较


3.1 X光谱的特点和分析手段比较 3.2电子能谱的特点和分析手段比较
3.1 X光谱



X光谱的X光子可以从很深的样品内部（500纳米～5微米） 出射，因此它不仅是表面成分的反映，还包含样品内部的 信息。 XFS适用于原子序数大于等于5 的元素，可以实现定性与 定量的元素分析，但灵敏度不够高，只能分析含量超过万 分之几的成分；而EPMA所用的电子束激发源可以聚焦， 因此具有微区（1µm）、灵敏（10-14g）、无损、快速、 样品用量小（10-10g）等优点。 X光谱的分析仪器分为能谱仪（EDS）和波谱仪（WDS） 两种。能谱仪具有采谱速度快；灵敏度高，可比波谱仪高 一个数量级；结构紧凑，稳定性好的优点。波谱仪能量分 辨率较高，为5～l0eV。