第八章X射线光电子能谱.pptx

第八章：X射线光电子谱(XPS)X-ray Photoelectron Spectroscopy;第一节、光电子能谱简介;3.俄歇电子能谱法(AES)是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。 4. X射线光电子能谱法（XPS），采用能量为1000~1500eV 的X射线源，能激发内层电子, 使物质光电离、光电子发射，研究其激发过程及其能量关系，各种元素内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。又称为化学分析用电子能谱法（ESCA）。 5.紫外光电子能谱(UPS)是以紫外光为激发源致样品光电离而获得的光电子能谱。目前采用的光源为光子能量小于100eV的真空紫外光源(常用He、Ne等气体放电中的共振线)。这个能量范围的光子只能激发样品中原子、分子的外层价电子或固体的价带电子，从而获得相关的价电子和能带结构的特征关系。;XPS技术发展历史;第二节、光电子能谱原理;固体能带中充 满电子的最高能级;X-ray Beam;;1电磁波使内层电子激发，并逸出表面成为光电子，测量被激发的电子能量就得到XPS， 不同元素种类、不同元素价态、不同电子层(1s, 2s, 2p等)所产生的XPS不同。 2被激发的电子能量可用下式表示： KE = hv - BE - ?spec 式中 hv=入射光子（X射线）能量 BE=电子键能或结合能、电离能 KE=电子动能 （Kinetic Energy） ?spec= 谱学功函数或电子反冲能 （Spectrometer Work Function） 谱学功函数极小，可略去， 得到 KE = hv - BE;3 元素不同，其特征的电子键能不同。测量电子动能KE ，就得到对应每种元素的一系列BE-光电子能谱，就得到电子键能数据。 4 谱峰强度代表含量，谱峰位置的偏移代表价态与环境的变化-化学位移。 ;Ag的光电子能谱图（MgK?激发）;;第三节、X射线光电子谱仪;XPS仪器内部结构图;XPS仪器外观;1.XPS激发源; ;2.XPS能量分析器;3.电子检测器：主要采用单通道连续电子倍增器和多通道电子倍增器。 4.样品室：用于放置被测样品，需要处在高真空状态下。 5.真空保障系统，提供超高真空度，保证激发电子运行。;第四节：化学位移及其影响因素;三氟化乙酸乙脂中四个不同C原子的C1s谱线。 ;含碳化合物C1s电子结合能位移同原子电荷q的关系 ;化学位移的经验规律 同一周期内主族元素结合能位移随它们的化合价升高线性增加；而过渡金属元素的化学位移随化合价的变化出现相反规律。 分子M中某原子A的内层电子结合能位移量同与它相结合的原子电负性之和ΣX有一定的线性关系。 对少数系列化合物，由NMR(核磁共振波谱仪)和Mossbauer谱仪测得的各自的特征位移量同XPS测得的结合能位移量有一定的线性关系。 XPS的化学位移同宏观热力学参数之间有一定的联系。;XPS分析方法-定性分析;定性分析-谱线的类型 光电子谱线 ：在XPS中，很多强的光电子谱线一般是对称的，并且很窄。但是，由于与价电子的耦合，纯金属的XPS谱也可能存在明显的不对称。 谱线峰宽：谱线的峰宽一般是谱峰的自然线宽、X射线线宽和谱仪分辨率的卷积。高结合能端弱峰的线宽一般比低结合能端的谱线宽1~4 eV。绝缘体的谱线一般比导体的谱线宽0.5 eV。 在XPS中，可以观察到KLL, LMM, MNN和NOO四个系列的Auger线。因为Auger电子的动能是固定的，而X射线光电子的结合能是固定的，可以通过改变激发源，观察峰位的变化与否而识别Augar和X射线光电子峰。 X射线的伴峰：由于激发光存在一些能量略高的小伴线，所以导致XPS中，除K?1,2所激发的主谱外，还有一些小的伴峰。;X射线“鬼峰” ：有时，由于X射源的阳极可能不纯或被污染，则产生的X射线不纯。因非阳极材料X射线所激发出的光电子谱线被称为“鬼峰”。 震激和震离线：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：(a)若外层电子跃迁到更高能级，则称为电子的震激(shake-up)；(b)若外层电子跃过到非束缚的连续区而成为自由电子，则称为电子的震离(shake-off)。无论是震激还是震离均消耗能量，使最初的光电子动能下降。 多重分裂 ：当原子的价壳层有未成对的自旋电子时，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。 能量损失峰 ：对于某些材料，光电子在离开样品表面的过程中，可能与表面的其它电子相互作用而损失一定的能量，而在XPS低动能侧出现一些