PS檢測分析方法

XPS的發展基本概念XPS的工作流程及原理利用XPS譜圖鑒別物質XPS的實驗方法XPS譜圖的解釋步驟XPS的特點

主要內容：

XPS的發展：XPS理論首先是由瑞典皇家科學院院士、烏普薩拉大學物理研究所所長K·Siebahn教授創立的。原名為化學分析電子能譜:ESCA(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis)。1954年研制成世界上第一臺雙聚焦磁場式光電子能譜儀。XPS是一種對固體表面進行定性、定量分析和結構鑒定的實用性很強的表面分析方法。

基本概念：光電子能譜:反應了原子（或離子）在入射粒子（一般為X-ray）作用下發射出來的電子的能量、強度、角分布等信息。X-ray:原子外層電子從L層躍遷到K層產生的射線。常見的X射線激發源有：

Mg:Ka1,2(1254ev,線寬0.7ev)Al:Ka1,2(1487ev,線寬0.9ev)Cu:Ka1,2(8048ev,線寬2.5ev)Ti:Ka1,2(4511ev,線寬1.4ev)

電子結合能：由光電過程的Einstein方程：

hν=Eb+1/2mv2

，求出：Eb=hν-Ek。XPS的工作流程：光源(X-ray)過濾窗樣品室能量分析器檢測器掃描和記錄系統真空系統(1.33×10-5—1.33×10-8Pa)磁屏蔽系統(～1×10-8T)光電發射定律

hγ=EB+EK即光子的能量轉化為電子的動能EK并克服原子核對核外電子的束縛EB

EB=hγ-EK

1）對氣態原子或分子

hγ=EBv+EKv2）對固體樣品（必須考慮晶體勢場和表面勢場對光電子的束縛作用以及樣品導電特性所引起的附加項）

hγ=EBF+EKF+ФS

EBF:電子結合能，電子脫離原子核及其它電子作用所需的能量

ФS：逸出功（功函數），電子克服晶格內周邊原子作用變成自由電子做需的能量。

Ek：自由電子動能。光電發射定律俄歇電子(Augerelectron):當原子內層電子光致電離而射出后，內層留下空穴，原子處于激發態，這種激發態離子要向低能態轉化而發生弛豫，其方式可以通過輻射躍遷釋放能量，波長在X射線區稱為X射線熒光；或者通過非輻射躍遷使另一電子激發成自由電子，這種電子就稱為俄歇電子。對其進行分析能得到樣品原子種類方面的信息。其過程為：

A+hν(A+)*+e-(光電子)A++

hν’(X熒光)A2++e-(俄歇電子)兩者只能選擇其一（原子序數Z<30的元素以發射俄歇電子為主）俄歇電子產生過程圖解：hv(X-ray熒光)俄歇電子e-Energy處于激發態離子產生X-ray熒光過程處于激發態離子產生俄歇電子的過程

XPS的工作原理：

電離放出光電子X-ray樣品能量分析器檢測器（記錄不同能量的電子數目）光電子產生過程：e-hν(X-ray)A(中性分子或原子)+hν(X-ray)A+*（激發態的離子）+e-(光電子)利用XPS譜圖鑒定物質成分：利用某元素原子中電子的特征結合能來鑒別物質。自旋-軌道偶合引起的能級分裂，譜線分裂成雙線（強度比），特別對于微量元素：對于P1/2和P3/2的相對強度為1:2，d3/2和d5/2為2:3，f5/2和f7/2為3:4；下圖是Si的2P電子產生的分裂峰(1:2):利用俄歇化學位移標識譜圖鑒定物質：如：Cu與CuO的化學位移為0.4eVAg與Ag2SO4化學位移為0.1eV而對它們來說俄歇化學位移相當大。2P1/22P3/210595電子結合能（eV）Si2p

XPS的實驗方法：樣品的預處理：（對固體樣品）

1.溶劑清洗（萃取）或長時間抽真空除表面污染物。

2.氬離子刻蝕除表面污物。注意刻蝕可能會引起表面化學性質的變化（如氧化還原反應）。

3.擦磨、刮剝和研磨。對表理成分相同的樣品可用SiC(600#)砂紙擦磨或小刀刮剝表面污層；對粉末樣品可采用研磨的方法。

4.真空加熱。對于能耐高溫的樣品，可采用高真空下加熱的辦法除去樣品表面吸附物。樣品的安裝：

一般是把粉末樣品粘在雙面膠帶上或壓入銦箔（或金屬網）內，塊狀樣品可直接夾在樣品托上或用導電膠帶粘在樣品托上進行測定。其它方法：

1.壓片法：對疏松軟散的樣品可用此法。

2.溶解法：將樣品溶解于易揮發的有機溶劑中，然后將其滴在樣品托上讓其晾干或吹干后再進行測量。

3.研壓法：對不易溶于具有揮發性有機溶劑的樣品，可將其少量研壓在金箔上，使其成一薄層，再進行測量。樣品荷電的校正：(絕緣體的荷電效應是影響結果的一個重要因素)

1.消除法：用電子中和槍是目前減少荷電效應的最好方法；另一種方法是，在導電樣品托上制備超薄樣品，使譜儀和樣品托達到良好的電接觸狀態。

2.校正法：主要有以下幾種方法：

a.鍍金法；b.外標法；

c.內標法；d.二次內標法；

e.混合法；f.氬注入法。

XPS譜圖的解釋步驟：在XPS譜圖中首先