文档介绍：X射线光电子能谱( XPS )谱图分析 XPS 谱图中出现的谱线概述光电子线——鉴定元素俄歇线、 X射线卫星线、振激线和振离线、多重劈裂线、能量损失线、鬼线——帮助解释谱图,为原子中电子结构的研究提供重要信息 XPS 典型谱图?横坐标:电子束缚能或动能,直接反映电子壳层/能级结构?纵坐标: cps ( Counts per second ),相对光电子流强度?谱峰直接代表原子轨道的结合能?本底为轫致辐射(非弹性散射的一次和二次电子产生):高结合能的背底电子多, 随结合能的增高呈逐渐上升趋势 XPS 谱图分析-主线?最强的光电子线常常是谱图中强度最大、峰宽最小、对称性最好的谱峰,称为 XPS 谱图中的主线?每一种元素(H 和 He 除外)都有自己最强的、具有表征作用的光电子线,它是元素定性分析的主要依据?一般来说, n↓峰,强度↑;n相等时, l ↑峰,强度↑。常见的强光电子线有 1s 、 2p3/2 、 3d5/2 、 4f7/2 等?除了强光电子线外,还有来自原子内其它壳层的光电子线,但强度稍弱,有的极弱?光电子线的谱线宽度是来自样品元素本征信号的自然宽度、 X射线源的自然宽度、仪器以及样品自身状况的宽化因素等四个方面的贡献 Al 薄膜(表面 F污染)表面 XPS 图谱部分元素最强特征峰出现的位置 XPS 谱图分析-谱线位移化学位移引起化学位移的因素: 不同的氧化态形成化合物不同的近邻数或原子占据不同的点阵位置不同的晶体结构物理位移引起物理位移的因素: 表面核电效应自由分子的压力效应固体热效应等 XPS 谱图-化学位移?增加价电子,使屏蔽效应增强,降低电子的束缚能;反之,价电子减少,有效正电荷增加,电子束缚能增加?W的氧化数增加,更多价电子转移到O离子, 4f电子的束缚能移向较高能量在 XPS 谱图上表现为谱峰相对于其纯元素峰的位移不同氧化态 W相对与纯 W的谱峰位移 XPS 谱图分析-俄歇线?俄歇( Auger )线? Auger 有两个特征? 与 X-ray 源无关,改变 X-ray , Auger 不变。? 是以谱线群的形式出现的在 XPS 中,可以观察到 KLL, LMM, MNN 和 NOO 四个系列的 Auger 线 KLL: 左边代表起始空穴的电子层,中间代表填补起始空穴的电子所属的电子层,右边代表发射俄歇电子的电子层 XPS 谱图分析-卫星线 X射线的卫星线: 用来照射样品的单色 x射线并非单色,常规 Al/Mg K α 1,2 射线里混杂能量略高的 Kα 3,4,5,6 和Kβ射线,它们分别是阳极材料原子中的 L2 和 L3 能级上的 6个状态不同的电子和 M 能级的电子跃迁到 K 层上产生的荧光 X射线效应。这些射线统称 XPS 卫星线,所以导致 XPS 中,除 Kα 1,2 所激发的主谱外,还有一些小的伴峰 XPS 谱图分析-多重分裂线当原子的价壳层有未成对的自旋电子(例如 d区过渡元素、 f 区镧系元素、大多数气体原子以及少数分子 NO 、 O2 等)时,光致电离所形成的内层空位将与之发生耦合,使体系出现不止一个终态,表现在 XPS 谱图上即为谱线分裂在 XPS 谱图上,通常能够明显出现的是自旋-轨道偶合能级分裂谱线。这类分裂谱线主要有: p轨道的 p3/2 p1/2 ,d轨道的 d3/2 d5/2 和 f 轨道的 f5/2 f7/2 ,其能量分裂距离依元素不同而不同。但是并不是所有元素都有明显的自旋-轨道偶合分裂谱,而且裂分的能量间距还因化学状态而异 XPS 谱图-振激、振离线振激和振离线:在光发射中,因内层形成空位,原子中心电位发生突然变化将引起外壳电子跃迁,这时有两种可能: 若外层电子跃迁到更高能级,则称为电子的振激(shake-up) 若外层电子跃过到非束缚的连续区而成为自由电子,则称为电子的振离(shake-off) 。无论是振激还是振离均消耗能量,使最初的光电子动能下降强度 I动能 E k振离峰振激峰主峰