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X射线光电子谱(XPS)_PPT课件X射线光电子谱(XPS)X-ray Photoelectron Spectroscopy
XPS 引言
X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面的化学组成,而且可以确定各元素的化学状态(元素所处的化学环境)。
十九世纪末发现了光电发射现象(光电效应)。
二十世纪五十年代末,瑞典Uppsala大学的K. Siegbahn及其同事经过近20年的潜心研究建立起了XPS分析方法。
他们发现了内层电子结合能的位移现象(化学位移效应),解决了电子能量分析等技术问题,测定了元素周期表中各元素轨道结合能,并成功地应用于许多实际的研究体系。
XPS 引言
K. Siegbahn给这种谱仪取名为化学分析电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis),简称为“ESCA”,这一称谓仍在分析领域内广泛使用。
ESCA后来改称XPS
XPS有以下特点
非破坏性
表面灵敏
可研究化学状态
XPS 光电效应
光电效应
根据Einstein的能量关系式有:h= Eb + Ek
其中为光子的频率,Eb 是内层电子的结合能,Ek 是被入射光子所激发出的光电子的动能。
就固体而言,结合能是相对于费米能级(EF)来说的。如果简单地就采用这个公式,那么由于不同实验室和分析仪器所测的电子动能不同,导致所求出的电子结合能不一致。
XPS 光电效应
样品与分析器相连时,若温度相同,则EF也相同。
由能量守恒定律,有hν= Eb + Φs + Ek’Φs是逸出功(也叫功函)
电子进入能量分析器,Ek’变成Ek,有Ek + Φsp = Ek’+ Φs
因此Eb = hν– Ek –Φsp式中hν是激发光源的能量,Φsp是能量分析器的功函,都是已知量,只要测出Ek就能求出电子的结合能Eb。
XPS X射线光电子谱仪
X射线光电子谱仪结构示意图
XPS X射线光电子谱仪
XPS激发光源——特征X射线源
为了观察化学位移等微小的能量差,要求X 射线源的能量宽度尽可能小(单色性好)。
Al Kα线强度高(),; Mg的Kα线强度稍低(),。
XPS X射线光电子谱仪
XPS激发光源——特征X射线源
射线
能量(eV)
半峰高宽
(eV)
Y
M


Zr
M


Na
K


Mg
K


Al
K


Si
K


Ti
K1
4511

Cr
K1
5415

Cu
K1
8048