高等分析化学5.能谱分析.ppt

第五章 能谱分析 5.1 俄歇电子能谱分析(AES) 5.1.1 俄歇电子能谱概述 俄歇电子能谱(AES)采用受照射原子弛豫过程中产生的俄歇电子为测试信号。它与光分析、x射线分析不同的是，俄歇电子测试的是真正的电子及其能量。光分析的对象是光波或电磁波。仅是能量。 (1) 俄歇电子能谱法有三个基本特征： a) 俄歇电子能谱分析属于元素分析范畴； b) 做厚度小于2nm的固体表面及内层三维分析； c) 可以不破坏样品,属于无损分析。 (2) 目前俄歇电子能谱研究水平： a) 进行表面分析； b) 组成元素的二维和2nm内元素三维分布分析。 5.1.2 俄歇电子的产生及其能量 如第四章如述，当能量高于原子内层电子结合能的高能幅射如x射线照射原子时，可逐出内层电子而出现空穴，使其处于不稳定的高能激发态。它将自发产生〝弛豫过程〞。弛豫过程除了第四章讲的会产生x射线或x射线荧光外，还有第二种弛豫过程：外层的一个电子补充进入内层轨道，同时把多余的能量传递给同外层或更外层电子，使这个电子的能量高于它所处轨道的能量而离开原轨道，逸出原子。这个电子称为〝俄歇电子〞。俄歇电子是第二次被溢出原子的电子。如果填补空穴的电子与空穴在同一能级上，这个过程叫作〝科斯特－克罗宁〞过程，它既不产生x射线荧光，也不产生俄歇电子。不考虑这一过程 例如：K层电子(光电子)因高能幅射而被击出原子，K层产生空穴，L层电子补入K层，多余的能量： △E = EL－EK 这个能量差可传递给L层电子，也可传递给更外层M、N层的电子，则这个俄歇电子分别记作KLL、KLM、KLN。第一个字母表示形成第一个空穴的电子层；第二个字母表示填入空穴的电子原所在的电子层；第三个字母表示接受能量、逸出原子的电子原所在的电子层。 所以，一个俄歇电子应由三个字母表示。这个俄歇电子的能量分别为： KLL俄歇电子能量： EKLL = EL2 + EL1－EK (因亚层不同，能量不同) KLM俄歇电子能量： EKLM = EM + EL－EK KLN俄歇电子能量： EKLN = EN + EL－EK 对于实际测量中，还需考虑仪器的功函数，测得的俄歇电子能量会更低一点。如：KLL俄歇电子实测能量： EKLL = EL2 + EL1－EK－φ φ是电子从费米能级提升到仪器的样品托架的电位所需做的功。从上式看，俄歇电子的能量和激发源x射线和照射源能量无关，只和俄歇电子原在的原子结构、所在的电子轨道和φ有关。可用俄歇电子的能量确定样品的元素成分。 5.1.3 俄歇电子的产额 在弛豫过程中，x射线或荧光和俄歇电子(包括〝科斯特－克罗宁〞过程)是同时产生的。二者只居其一。x射线荧光和俄歇电子的产额是元素的固有特性，不受人为控制。对于K层，其x射线荧光产额ωk与俄歇电子产额αk之和等于1。 αk = 俄歇电子数/电子轨道最初空穴数 ωk + αk = 1 x射线荧光产额ωk随元素的原子序数Z的变化而变化，Z越小，荧光产额ωk越小： ωk = (1 + bkZ-4)-1 其中bk约为1.12×106。 当ωk = 0.5，即X射线荧光产额ωk与俄歇电子产额αk完全相同时，可求得： 0.5 = (1 + 1.12×106Z-4)-1 Z = 32.5 即：原子序数Z32的轻元素，俄歇电子产额占主要部分。Z19时，俄歇电子产额占90%以上；Z11时,俄歇电子产额占98%以上。适合于作俄歇电子能谱分析。但H和He由于只有K层电子，所以不