X射线光电子能谱(XPS)一一一一课件.ppt

X射线光电子能谱（XPS） 聊城大学 赵笛 XPS的基本原理 XPS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，因此也叫做化学分析电子能谱（ESCA）。 XPS的基本原理 在实验时样品表面受辐照损伤小，XPS是用X射线光子激发原子的内层电子发生电离，产生光电子，这些内层能级的结合能对特定的元素具有特定的值，因此通过测定电子的结合能和谱峰强度，可鉴定除H 和He（它们没有内层能级）之外的全部元素以及元素的定量分析，并具有很高的绝对灵敏度。 XPS的用途 元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。 元素半定量分析。根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面积）反应原子的含量或相对浓度 。 固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等 。 XPS的用途 化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提供化学键和电荷分布方面的信息 。 分子生物学中的应用。例如：利用XPS鉴定维生素B12中的少量的Co 。 电子能谱仪 电子能谱仪主要由激发源、电子能量分析器、探测电子的监测器、真空系统等。 激发源 激发源通常有：X射线源、真空紫外灯和电子枪。 X射线源： XPS中最常用的X射线源主要由灯丝、栅极和阳极靶构成。要获得高分辨谱图和减少伴峰的干扰，可以采用射线单色器来实现。即用球面弯曲的石英晶体制成，能够使来自X射线源的光线产生衍射和“聚焦”，从而去掉伴线和韧致辐射， 激发源 并降低能量宽度， 提高谱仪的分辨 率。 双阳极X射线源示意图 电子能量分析器 电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的不同能量电子的相对强度。它必须在高真空条件下工作即压力要低于10-3帕，以便尽量减少电子与分析器中残余气体分子碰撞的几率。 检测器 检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增器。光电倍增管采用高抗阻，二次电子发射材料，增益：109. 倍增器 光电子或俄歇电子流 10-4~1A （10-13~10-9A） 真空系统 两个基本功能： 1、使样品室和分析器保持一定的真空度，以便使样品发射出来的电子的平均自由程相对于谱仪的内部尺寸足够大，减少电子在运动过程中同残留气体分子发生碰撞而损失信号强度。 真空系统 2、降低活性残余气体的分压。因在记录谱图所必需的时间内，残留气体会吸附到样品表面上，甚至有可能和样品发生化学反应，从而影响电子从样品表面上发射并产生外来干扰谱线。 298K吸附一层气体分子所需时间： 10-4Pa时为1秒；10-7Pa时为1000秒 样品处理 制样方法必须恰当，才能得到正确的XPS谱图。XPS信息来自样品表面几个到几十个原子层，因此在实验技术上要保证所分析的样品表面能代表样品的固有表面。目前XPS分析主要集中在固体样品表面。 无机样品常用的方法 1）溶剂清洗（萃取）或长时间抽真空，以除去试样表面的污染物。例如，对不溶于溶剂的陶瓷或金属试样，用乙醇或丙酮擦洗，再用蒸馏水洗掉溶剂，最后吹干或烘干试样，达到去污的目的。 样品处理 2）一般商品仪器都配有氩离子枪，可以用氩离子刻蚀法除去表面污染物。值得注意的是：刻蚀会使易溅射部分在样品表面的浓度降低，而不易被溅射的部分浓度将提高。最好采用一标准样品来选择刻蚀参数，以避免刻蚀带来的实验误差。 3）擦磨、刮剥和研磨，如样品表面和内部成分相同，可用碳化硅砂纸擦磨或用刀片刮剥污染表面层，使之裸露出新表面；如果是粉末样品，则可以采用研磨的方法使之裸露出新表面；对于块状样品，也可在气氛保护下，打碎或打断样品，测试新露出的端面。 样品处理 4）真空加热法，利用加热样品托装置，最高加热温度可达到1000摄氏度，对于能耐高温的样品可用此法除去表面吸附物。 有机和高聚物样品常用的制样方法 1）压片法，软散的样品采用压片法； 2）溶解法，将样品溶于易挥发的有机溶剂中，然后将1-2滴溶液滴在镀金的样品托上，让其晾干或用吹风机吹干后测定； 样品处理 3）研压法，对不溶于易挥发有机溶剂的样品，可将少量样品研磨在金箔上，使其形成薄层，再进行测定。 由于涉及到样品在超高真空中的传递和分析，待分析的样品一般都需要经过一定的预处理。主要包括样品的大小，粉体样品的处理, 挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的样品的处理。 样品处理 样品大小 1）在实验过程中样品必须通过传递