X射线光电子能谱.ppt

文档介绍：X-射线光电子能谱(XPS) X-ray Photoelectron Spectroscopy
发展简史
基本原理
谱图分析
XPS应用
XPS优缺点
X射线光电子能谱( XPS ,全称为X-ray Photoelectron Spectroscopy)是一种基于光电效应的电子能谱,它是利用X射线光子激发出物质表面原子的内层电子,通过对这些电子进行能量分析而获得的一种能谱。
这种能谱最初是被用来进行化学分析而且对化学分析最有用,因此它还有一个名称,即化学分析电子能谱( ESCA,全称为Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)
XPS简介
XPS发展简史
1887年,海因里希·鲁道夫·赫兹发现了光电效应
1905年,爱因斯坦解释了该现象,并为此获得了1921年的诺贝尔物理学奖
1907年,因斯(. Innes)用伦琴管、亥姆霍兹线圈、磁场半球(电子能量分析仪)和照像平版做实验来记录宽带发射电子和速度的函数关系,他的实验事实上记录了人类第一条X射线光电子能谱
第二次世界大战后瑞典物理学家凯·西格巴恩和他在乌普萨拉的研究小组在研发XPS设备中获得了多项重大进展,并于1954年获得了氯化钠的首条高能高分辨X射线光电子能谱
1967年之后的几年间,西格巴恩就XPS技术发表了一系列学术成果,使XPS的应用被世人所公认
XPS发展简史
1969年美国惠普公司在与西格巴恩的合作下,制造了世界上首台商业单色X射线光电子能谱仪
1981年西格巴恩获得诺贝尔物理学奖,以表彰他将XPS发展为一个重要分析技术所作出的杰出贡献
最近几年,在进一步提高X射线光电子能谱仪检测灵敏度,改善荷电效应,分析功能化和智能化等方面有较大发展
目前,生产x射线光电子能谱仪的主要厂家有:日本真空—PHI公司(原美国PE公司);美国热电—VG公司;岛津—KRATOS公司等
XPS基本原理
X射线光电子能谱分析的基本原理:一定能量的X光照射到样品表面,和待测物质发生作用,可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。
该过程可用下式表示:
hν=Ek+Eb+Er
其中: hv:X光子的能量; Ek:光电子的能量; Eb:电子的结合能; Er:原子的反冲能量。其中Er很小,可以忽略

结合能( Eb):电子克服原子核束缚和周围电子的作
用,到达费米能级所需要的能量。
费米(Fermi)能级:0K固体能带中充满电子的最高能级
对于固体样品,计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子,而是选用费米能级,由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能 Eb,由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ,剩余的能量成为自由电子的动能Ek,
hv=Ek+Eb+Φ
即Eb= hv- Ek-Φ
说明:仪器材料的功函数Φ是一个定值,入射X光子能量已知,这样,如果测出电子的动能Ek,便可得到固体样品电子的结合能。各种原子,分子的轨道电子结合能是一定的。因此,通过对样品产生的光子能量的测定,就可以了解样品中元素的组成。
XPS基本原理
XPS的基本原理
XPS的基本原理
元素所处的化学环境不同,其结合能会有微小的差别,这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移,由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。例如某元素失去电子成为离子后,其结合能会增加,如果得到电子成为负离子,则结合能会降低。
因此,利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。
XPS的基本原理
化学位移
1. 定义
由于化合物结构的变化和元素氧化状态的变化引起谱峰有规律的位移称为化学位移
2. 化学位移现象起因及规律
(1)原因
内层电子一方面受到原子核强烈的库仑作用而具有一定的结合能,另一方面又受到外层电子的屏蔽作用。因而元素的价态改变或周围元素的电负性改变,则内层电子的结合能改变。