董CH4光谱分析说课讲解.ppt

第四章 光谱分析
第一节 光谱分析概述
第二节振动光谱分析
第三节光电子能谱分析
第四节穆斯堡儿谱效应和色谱分析
第一节 光谱分析概述
一、光谱分析基本原理
二、吸收光谱分类
一、光谱分析基本原理
光谱分析中的硅铝比
7、红外光谱法在硅酸盐研究中的应用
第三节光电子能谱分析photoelectron spectroscopy analysis
一、 概述
二、光电子能谱的基本原理
三、光电子能谱实验技术
四、光电子能谱的应用
五、俄歇电子能谱
一、 概述
1、表面分析法
2、表面分析信息
3、表面分析法的特点
4、表面分析技术
5、电子能谱分析基本概念
6、历史及发展趋势
1、表面分析法
表面分析技术：借助于各种表面分析仪对材料外层（小于10nm ）研究的技术。
表面：指固体最外层的1~10个原子的表面层和吸附在它上面的原子、分子、离子或其他覆盖层，它的深度从小于1到几个nm(有时把它放宽到10个nm)，或者包括采取剥离技术将表面层沿纵向深度暴露出新的表面。
同时，一物质表面与另一物质表面间会产生相互间的物理与化学作用，形成固-固、固—气、固—液间的界面。
1、表面分析法
固体表面所处的环境与内部基体有较大的差异，所以表面与界面都形成了不同于基体的不均匀相，包括化学组成、元素价态、电子能态、原子的空间排列等，从而具有与基体不同的物理化学性质。
用特殊的手段对这类表面进行分析的测试方法，即表面分析法。
表面分析方法在研究玻璃表面的刻蚀作用、水泥矿物硅酸钙的水化作用，陶瓷表面和界面、高温超导等无机非金属材料学科材料表面的作用等均有重要意义。
2、表面分析信息
(1)物质表面层(包括吸附层)的化学成分
(2)物质表面层元素所处的原子状态、价态、分子结构等信息。
(3)表面层物质的状态。
(4)物质表面层的物理性质。
3、表面分析法的特点
1）表面分析技术不是研究光与物质的相互作用后所产生的光的特性，而是研究光(或粒子)与物质相互作用后被激发出来的二次粒子(电子、离子)的能量，以达到所要获得的结果。
用一种粒子(电子、离子、中性粒子或光子)作辐射源轰击样品，使样品受激放出二次粒子，测量二次粒子的能量和性质。
二次粒子和辐射源既可以是同种也可以是异种，
一般测定物质表面的平均成分，是物质受激而发出的价电子或内层电子的能量
3、表面分析法的特点
2）表面分析是无损分析，分析的是最表层的元素信息，分析的灵敏度极高。
红外光谱——分子指纹（基团特征）
表面分析——原子指纹，测定原子的价态(电子结构)、原子和电子所处的能级，从而可以定出分子结构。
4、表面分析技术
电子谱学：
X射线光电子能谱分析（XPS）
俄歇电子能谱（AES）
电子能量损失谱（EELS）
离子谱学
二次离子质谱（SIMS ）
溅射中性质谱（SNMS）
离子扫描能谱（ISS）
4、表面分析技术
5、电子能谱分析基本概念
以光子照射样品的表面，样品则发射光电子，产生光电效应。
根据爱因斯坦光电定律，样品原子吸收光子的能量后，内壳层上的电子受到激发，克服了原子核对它的束缚，以一定的动能跳出来，进入真空，这就是光电子。
5、电子能谱分析基本概念
电子发射之后，原子很不稳定，原子中具有较高能量的外层电子将迅速到达内壳层上填补因光电离产生的空穴，并以发射荧光X-射线或俄歇电子释放多余的能量。由于发射过程的不同，被测电子可能是光电子，也可能是俄歇电子。
根据被测电子的不同，电子能谱划分为光电子能谱（PES）和俄歇电子能谱（AES）。
光电子能谱若以单色光源紫外光作激发源，称为紫外光电子能谱（UPS），若以单色光源软X-射线作激发源，称为X-射线光电子能谱（XPS）。
5、电子能谱分析基本概念
由于XPS在化学分析上的广泛应用，又被瑞典的一批最早发展XPS的化学应用的科学家们取名为ESCA，即Electron Spectroscopy for Chemical Analysis （化学分析用电子能谱）
XPS（或ESCA）以X-射线为激发源，被测电子为X-射线光电子，其能量范围在100-300eV，这些电子主要来自原子的内壳层。主要应用于固体材料的电子结构研究。 。
UPS以真空紫外光作激发源，被测电子以紫外光电子。这些光电子都来自原子的价壳层，主要用于气相分子价电子结构的研究，-。
5、电子能谱分析基本概念
AES，以电子束作激发源，被测电子为俄歇电子。电子可能来自价壳层，也可能来自内壳层。其能量和强度都较光电子弱，因此在普通俄歇谱议上，一