xps電子能譜分析法(編輯修改稿)
2025-06-15 16:44 本頁面
【文章內容簡介】 三維微區(qū)分析； ?⑦固體表面吸附、清潔度、沾染物鑒定等。 局限性 ?① 不能分析氫和氦元素； ?②定量分析的準確度不高； ?③對多數(shù)元素的探測靈敏度為原子摩爾分數(shù)%~%； ?④電子束轟擊損傷和電荷積累問題限制其在有機材料、生物樣品和某些陶瓷材料中的應用； ?⑤對樣品要求高，表面必須清潔 (最好光滑 )等。 第二節(jié) X射線光電子能譜法 ? X射線光電子能譜法（ XPS），因最初以化學領域應用為主要目標，故又稱為 化學分析用電子能譜法（ ESCA） 。 ?技術基礎： X射線激發(fā)物質光電離、光電子發(fā)射過程及其能量關系等見第二章。 一、基本原理 ?能譜中表征樣品芯層電子結合能的一系列光電子譜峰稱為 元素的特征峰 。 Ag的光電子能譜圖（ MgK?激發(fā)） 1．化學位移 ? 因原子所處化學環(huán)境不同，使原子芯層電子結合能發(fā)生變化，則 X射線光電子譜譜峰位置發(fā)生移動，稱之為 譜峰的化學位移 。 ? 圖 137所示為帶有氧化物鈍化層的 Al的 2p光電子能譜圖 ? 由圖可知， 原子價態(tài)的變化導致 A1的 2p峰位移 。 圖 137 Al的 2p電子能譜的化學位移 物理位移 ?由于固體的熱效應與表面荷電效應等物理因素引起電子結合能改變，從而導致光電子譜峰位移，此稱之為 物理位移 。 ?在應用 X射線光電子譜進行化學分析時，應盡量避免或消除物理位移 。 2．伴峰與譜峰分裂 ?能譜中出現(xiàn)的非光電子峰稱為 伴峰 。 ?如光電子 (從產(chǎn)生處向表面 )輸遠過程中因非彈性散射 (損失能量 )而產(chǎn)生的能量損失峰，X射線源 (如 Mg靶的 K?1與 K?2雙線 )的強伴線(Mg靶的 K?3與 K?4等 )產(chǎn)生的伴峰，俄歇電子峰等。 譜峰分裂 ? 能譜峰分裂有多重態(tài)分裂與自旋 軌道分裂等。 ? 如果原子、分子或離子價 (殼 )層有未成對電子存在，則內層芯能級電離后會發(fā)生能級分裂從而導致光電子譜峰分裂，稱之為 多重分裂 。 ? 圖 138所示為 O2分子 X射線光電子譜多重分裂。電離前O2分子價殼層有兩個未成對電子，內層能級 (O1s)電離后譜峰發(fā)生分裂 (即多重分裂 )，分裂間隔為 。 圖 138 氧分子 O1s多重分裂 (a)氧原子 O1s峰； (b)氧分子中 O1s峰分裂 自旋 軌道分裂 ? 一個處于基態(tài)的閉殼層 (閉殼層指不存在未成對電子的電子殼層 )原子光電離后，生成的離子中必有一個未成對電子。若此未成對電子角量子數(shù) l＞ 0，則必然會產(chǎn)生自旋 軌道偶合 (相互作用 )，使未考慮此作用時的能級發(fā)生能級分裂 (對應于內量子數(shù) j的取值 j＝ l+1/2和 j＝ l1/2形成雙層能級 )，從而導致光電子譜峰分裂；此稱為 自旋 軌道分裂 。 ? 圖 28所示 Ag的光電子譜峰圖除 3S峰外，其余各峰均發(fā)生自旋 軌道分裂，表現(xiàn)為雙峰結構(如 3P1/2與 3P3/2)。 圖 28 Ag的光電子能譜圖（ Mg K?激發(fā)） 二、 X射線光電子能譜儀 ?主要組成部分： X光源 (激發(fā)源 )， 樣品室 ， 電子能量分析器 和 信息放大、記錄 (顯示 )系統(tǒng) 等組成。 圖 139 (X射線 )光電子能譜儀方框圖 三、 X射線光電子能譜分析與應用 ? 1．元素 (及其化學狀態(tài) )定性分析
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