现代分析方法2015(6)-XPS.pdf

X- 射线光电子能谱( XPS ) X-ray Photoelectron Spectroscopy X 射线与物质相互作用光电效应俄歇效应简要历史?一次大战前已有几个研究小组分析了硬 X 射线轰击金属时所发射的电子能量。? 1914 年, Rutherford 成功地表述了 XPS 基本方程: E k= hν- E b - φ。?二战后 Lehigh 大学的 Steinhardt 和 Serfass 更新了 XPS 以用于表面化学分析, 1951 年报道了表面对谱的影响。? 1954 年,瑞典 Uppsala 大学的 Siegbahn 首次准确测量了 E k (E B ) ,不久又观察到了化学位移。基于 XPS 这种化学状态分析能力, Siegbahn 又将其称为 ESCA ( Electron Spectroscopy for Chemical Analysis )。?商品化仪器开始出现于 1969~1970 年, 1972 年又出现第一台超高真空能谱仪。? 20 世纪 80 年代末期仪器性能显著提高,具有很高的灵敏度和能量分辨率以及空间分辨能力<10μm 的直接成像。日本岛津 AXIS Ultra DLD Examples of XPS XPS survey spectrum of clean quartz Survey spectrum for silvershowing different core levels 在表面最外 10nm 内 XPS 可提供的信息?原子浓度>% 的所有元素的鉴别(除 H, He 外); ?表面元素组成的半定量测定误差< ± 10% ,无强矩阵效应?亚单层灵敏度;探测深度 1~20 单层(<10 nm) ,依赖材料和实验参数; ?优异的化学信息( 化学位移和各种终态效应);关于分子环境的信息(氧化态、原子成键等) ; 电子结构和某些几何信息; ?来自震激跃迁( π→π* )的关于芳香的或不饱和的结构信息; ?使用价带谱的材料“指纹”和成键轨道的鉴别; ?利用(1) 角相关(Angle-Resolved ) XPS 研究和(2) 有不同逃逸深度的光电子进行样品 10nm 内的非破坏性元素深度剖析和表面不均匀性的评估; ?分析是非破坏性的; X 射线束损伤通常微不足道。?物质对 X 射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。这个过程中发生 X 射线的光电效应和俄歇效应。光电效应 X 射线光电子谱基本原理