文档介绍：光电子能谱分析、俄歇电子能谱分析在环境分析中应用
学生成绩:
学生学号:
学生姓名: 李萱萱
学生领域: 环境科学
课程名称: 环境分析化学进展
任课教师: 朱秀华
提交日期:
大连交通大学研究生学院
摘要: 电子能谱是多种表面分析技术集合的总称。在各种电子能谱技术中,发展最快,具有较高实用价值的是光电子能谱(XPS,UPS)和俄歇电子能谱(AES),本文接受了光电子能谱分析和俄歇电子能谱分析的基本原理以及在环境分析化学中的应用。
关键词:电子能谱;光电子能谱分析;俄歇电子能谱分析;环境分析化学
一概述
电子能谱是通过分析各种冲击粒子(单能光子、电子、离子、原子等)与原子、分子或固体间碰撞后所发射出的电子的能量来测定原子或分子中电子结合能的分析技术。电子能谱包括:X射线光电子能谱,俄歇电子能谱,真空紫外光电子能谱,电子能量损失谱等。
X射线光电子能谱:所用激发源(探针)是单色X射线,探测从表面出射的光电子的能量分布。由于X射线的能量较高,所以得到的主要是原子内壳层轨道上电离出来的电子。瑞典Uppsala大学物理研究所Kai Siegbahn教授及其小组在二十世纪五十和六十年代逐步发展完善了这种实验技术,首先发现内壳层电子结合能位移现象,并将它成功应用于化学问题的研究中。X射线光电子能谱不仅能测定表面的组成元素,而且还能给出各元素的化学状态信息。Kai Siegbahn由于其在高分辨光电子能谱方面的杰出贡献荣获了1981年的诺贝尔物理奖。[1]
俄歇电子能谱:1923年法国科学家Pierre Auger发现:当X射线或者高能电子打到物质上以后,能以一种特殊的物理过程
(俄歇过程)释放出二次电子——俄歇电子,其能量只决定于原子中的相关电子能级,而与激发源无关,因而它具有“指纹”特征,可用来鉴定元素种类。六十年代末采用微分法和锁相放大器技术将它发展成为一种实用的分析仪器。到了七十年代,出现了扫描俄歇,性能不断改善。俄歇电子能谱以其优异的空间分辨能力,成为微区分析的有力工具。主要用于对金属、合金和半导体等材料表面进行分析。尽管从理论上仍然有许多工作要做,然而俄歇电子能谱现已被证明在许多领域是非常富有成果的,如基础物理(原子、分子、碰撞过程的研究)或基础和应用表面科学。
真空紫外光电子能谱:它以真空紫外光(hν<45eV)作为电离源,发射的光电子来自原子的价壳层。英国伦敦帝国学院David Turner于六十年代首先提出并成功应用于气体分子的价电子结构的研究中。真空紫外光电子能谱为研究者们提供了简单直观和广泛地表征分子和固体电子结构的方法,它比以前由光学光谱所建立的分子轨道理论的实验基础深刻的多。主要用于研究固体和气体分子的价电子和能带结构以及表面态情况。角分辨UPS配以同步辐射光源,可实验直接测定能带结构。
电子能量损失谱:一束能量为Ep的电子在与样品碰撞当中将部分能量传递给样品原子或分子,使之激发到费密(Feimi)能级以上的空轨道Ef,而自身损失了El能
量的电子以Ep’的动能进入检测器而被记录下来。依能量守恒原理:
El = Ep - Ep’。由能量损失谱可以得到有关费密能级以上空态密度的信息。而XPS、AES等给出的则是费密能级以下的填充态密度的信息。[2]
在所有现代表面分析技术中,使用最早、最广泛的、也是最成熟的当推电子能谱。在各种电子能谱技术中,发展最快,具有较高实用价值的是光电子能谱(XPS,UPS)和俄歇电子能谱(AES)。
光电子能谱分析简介
光电子能谱主要用于表面分析,由激发源发出的具有一定能量的X射线,电子束,紫外光,离子束或中子束作用于样品表面时,可将样品表面原子中不同能级的电子激发出来,,,。[3]
X射线光电子能谱(XPS)是最常用的表面分析技术之一, 当具有一定能量的光照射物质时,入射光子会把全部能量转移给该物质构成原子中的某一个束缚电子. 如果此能量足以使该束缚电子克服结合能时,就会逸出原子成为光电子,而剩余的能量则是该电子的动能,这个过程就是光电效应. XPS就是利用光电效应来进行表面分析的. XPS的基本方程是:EB = hv - EK - < (1)式中: EB 为固体中电子的结合能, 取决于元素的种类、化学结合状态和所在轨道; hv为激发光能
量; EK 为光电子能量; < 为逸出功, ( 1)的关系以1 束具有特定能量的X射线照射样品表面
,测定从样品表面放出的光电子能量及数量,从而得到近表面的元素种类、数量及元素的