文档介绍：第5章定性分析方法
元素组成鉴别
化学态分析
定性分析
定性分析主要是鉴定物质的元素组成及其化学态。
每种元素都会产生一套具有特征结合能的特征XPS谱峰,可以直接鉴别被分析材料表面存在的每种元素。这些特征谱峰对应于原子中电子们的电子组态,如, 1s, 2s, 2p, 3s, 等等.
XPS还可以进行官能团分析和混合物分析。
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XPS的表面灵敏特性,再加上非结构破坏性测试能力和可获得化学态信息的能力,使其成为表面分析的极有力工具。
定性分析
由于XPS谱能提供材料表面丰富的物理、化学信息,所以它在凝聚态物理学、电子结构的基本研究、薄膜分析、半导体研究和技术、分凝和表面迁移研究、分子吸附和脱附研究、化学研究(化学态分析)、电子结构和化学键(分子结构)研究、异相催化、腐蚀和钝化研究、分子生物学、材料科学、环境生态学等学科领域都有广泛应用。
它可提供的信息有样品的组分、化学态、表面吸附、表面态、表面价电子结构、原子和分子的化学结构、化学键合情况等。
、元素组成鉴别
目的:给出表面元素组成、鉴别某特定元素的存在性。
方法:通过测定谱中不同元素芯光电子峰的结合能直接进行。将实验谱图与标准谱图相对照,根据元素特征峰位置(及其化学位移)确定样品中存在哪些元素(及这些元素的化学态)。
依据:元素定性的主要依据是组成元素的光电子线和俄歇线的特征能量值,因为每种元素都有唯一的一套芯能级,其结合能可用作元素的指纹。
工具:XPS标准谱图手册和数据库
Au、Cr、Mg的轨道列表:
如果谱图中有这些相同能量的峰出现,则可能含有该元素!
、数据采集-全扫描谱(Survey scan)
对于一个化学成分未知的样品,首先应作全扫描谱,以初步判定表面的化学成分。在作XPS分析时,全扫描谱能量范围一般取01200eV,因为几乎所有元素的最强峰都在这一范围之内。
通过样品的全扫描谱,在一次测量中我们就可检出全部或大部分元素。
由于各种元素都有其特征的电子结合能,因此在能谱中有它们各自对应的特征谱线。所以可根据这些谱线在能谱图中的位置即可鉴定元素种类。
一般解析步骤
①因C, O是经常出现的,所以首先识别C, O的光电子谱线,Auger线及属于C, O的其他类型的谱线;
②其次鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线,利用X射线光电子谱手册中的各元素的峰位表确定其他强峰对应的元素,并标出其相关峰,注意有些元素的个别峰可能相互干扰或重叠;
③最后鉴别剩余的弱谱线,假设它们是含量低的未知元素的主峰(最强谱线);
④对于 p,d,f 谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线结构,其双峰间距及峰高比一般为一定值(有助于识别元素) 。p峰的强度比为1:2;d线为2:3;f线为3:4。
XPS谱图中的元素鉴别
Cu 2p
O KLL Auger
O 1s
N 1s
C 1s
Cu LMM Auger
Cu 3p
Cu 3s
Cl 2p
、数据采集-高分辨谱(Detail scan)
对感兴趣的几个元素的峰,可进行窄区域高分辨细扫描。目的是为了获取更加精确的信息,如结合能的准确位置,鉴定元素的化学状态,或为了获取精确的线形,或者为了定量分析获得更为精确的计数,或为了扣除本底或峰的分解或退卷积等数学处理。
***处理的聚合物例子