文档介绍：X X——射线光电子能谱射线光电子能谱( X-ray Photoelectron Spectroscopy ) ( X-ray Photoelectron Spectroscopy ) 1 ? XPS 的发展?基本概念? XPS 的工作流程及原理?利用 XPS 谱图鉴别物质? XPS 的实验方法? XPS 谱图的解释步骤? XPS 的特点主要内容: 主要内容: 2 XPS XPS 的发展: 的发展: ? XPS 理论首先是由瑞典皇家科学院院士、乌普萨拉大学物理研究所所长 K· Siebahn 教授创立的。原名为化学分析电子能谱: ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) 。?1954 年研制成世界上第一台双聚焦磁场式光电子能谱仪。? XPS 是一种对固体表面进行定性、定量分析和结构鉴定的实用性很强的表面分析方法。 3基本概念: 基本概念: ??光电子能谱光电子能谱: : 反应了原子(或离子)在入射粒子(一般为 X-ray )作用下发射出来的电子的能量、强度、角分布等信息。?? X-ray: X-ray: 原子外层电子从 L层跃迁到 K层产生的射线。常见的 X射线激发源有: Mg :Ka Mg :Ka 1,2 1,2 (1254ev, (1254ev, 线宽线宽 ) Al :Ka ) Al :Ka 1,2 1,2 (1487ev , (1487ev , 线宽线宽 ) ) Cu :Ka Cu :Ka 1,2 1,2 (8048ev, (8048ev, 线宽线宽 ) Ti :Ka ) Ti :Ka 1,2 1,2 (4511ev, (4511ev, 线宽线宽 ) ) ??电子结合能: 电子结合能: 由光电过程的 Einstein 方程: hν=E b+ 1/ 2 mv 2, 求出:E b = hν-E k。 4 XPS XPS 的工作流程: 的工作流程: 光源(X-ray) 过滤窗样品室能量分析器检测器扫描和记录系统真空系统( ×10 -5— ×10 -8 Pa) 磁屏蔽系统(~1×10 -8 T) 5光电发射定律 hγ = E B + E K 即光子的能量转化为电子的动能 E K并克服原子核对核外电子的束缚 E BE B =h γ - E K 6 ?1)对气态原子或分子?hγ= EBv +EKv ? 2 )对固体样品(必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚作用以及样品导电特性所引起的附加项) ?hγ= EBF+ EKF + ФS ?EBF: 电子结合能,电子脱离原子核及其它电子作用所需的能量?ФS:逸出功(功函数),电子克服晶格内周边原子作用变成自由电子做需的能量。?Ek :自由电子动能。光电发射定律 7 ??俄歇电子俄歇电子(Auger electron): (Auger electron): 当原子内层电子光致电离而射出后,内层留下空穴,原子处于激发态,这种激发态离子要向低能态转化而发生弛豫,其方式可以通过辐射跃迁释放能量,波长在 X射线区称为 X射线荧光;或者通过非辐射跃迁使另一电子激发成自由电子, 这种电子就称为俄歇电子。对其进行分析能得到样品原子种类方面的信息。其过程为: 其过程为: A+h A+h νν(A (A + +) ) * * +e +e - -( (光电子光电子) ) A A + ++ +h hνν’’(X (X 荧光荧光) )A A 2+ 2+ +e +e - -( (俄歇电子俄歇电子) ) 两者只能选择其一(原子序数(原子序数 Z<30 Z<30 的元素以发射俄歇电子为主) 的元素以发射俄歇电子为主) 8 俄歇电子产生过程图解: 俄歇电子产生过程图解: hv(X-ray hv(X-ray 荧光荧光) ) 俄歇电子俄歇电子 e e - - Energy Energy 处于激发态离子处于激发态离子产生产生 X-ray X-ray 荧光过程荧光过程处于激发态离子处于激发态离子产生俄歇电子的过程产生俄歇电子的过程 9 XPS XPS 的工作原理: 的工作原理: 电离放出光电子 X-ray X-ray 样品样品能量分析器能量分析器检测器检测器(记录不同能量的电子数目) (记录不同能量的电子数目) 光电子产生过程光电子产生过程 e -hν(X-ray) A A ( (中性分子或原子中性分子或原子) ) + h + h νν(X-ray) (X-ray) A A + +* *(激发态的离子) (激发态的离子) +e +e - -(