现代分析测试技术x射线光电子能谱.ppt

电子能谱学的定义 电子能谱学可以定义为利用具有一定能量的粒子（光子，电子，粒子）轰击特定的样品，研究从样品中释放出来的电子或离子的能量分布和空间分布，从而了解样品的基本特征的方法。 入射粒子与样品中的原子发生相互作用，经历各种能量转递的物理效应，最后释放出的电子和粒子具有样品中原子的特征信息。 通过对这些信息的解析，可以获得样品中原子的各种信息如含量，化学价态等。 End 更具能量守恒定律可以得出 hv = EB + EK 单电子原子中，主量子数n相同的一组轨道，能量大小相同，称为简并轨道。例如氢原子的2s和2p可以成为一组简并轨道；根据洪特规则，基态多电子原子中同一能级的轨道能量相等，成为简并轨道.（如：2Px，2Py，2Pz能量相等，称为简并轨道。） 例，K层被激发出光电子，使离子处于激发态，这时由L层电子跃迁到K层来调整能量体系，并由L层电子吸收跃迁释放出的能量，并发射出俄歇电子，这个俄歇峰可被标记为KLL跃迁。 12.3 X射线光电子能谱的应用 酸性质 Si/Al比越高，O1S的结合能越大。这是由于SiO2中O1S的结合能为532.8ev，Al2O3为530.8ev。因此O1S的结合能越大意味着酸量越少，酸强度增大。 Pd催化剂在含氮有机化合物体系中失活前后的XPS谱图 催化剂中毒 h? 紫外(真空)光电子能谱 h? X射线光电子能谱 h? Auger电子能谱 根据激发源的不同，电子能谱又分为: 光电子能谱仪实验技术 电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X射线源、真空紫外灯和电子枪。商品谱仪中将这些激发源组装在同一个样品室中，成为一个多种功能的综合能谱仪。 电子能谱常用激发源 UPS采用He I(21.2 eV) 或He II(40.8 eV)作激发源。 与X射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离，用于研究价电子和能带结构的特征。 XPS 采用能量为1000~1500 eV的射线源，能激发内层电子。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。 AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。 光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很短，实际能探测的信息深度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分析的方法。 各种电子能谱特点： Cu 2p3/2 spectra for the surface of the Cu/Ga2O3/ZrO2 catalyst 根据测量所得光电子谱峰位置，可以确定表面存在哪些元素以及这些元素存在于什么化合物中，这就是定性分析。 定性分析可借助于手册进行，最常用的手册就是Perkin-Elmer公司的X射线光电子谱手册。在此手册中有在Mg K? 和Al K?照射下的各种元素的标准谱图。 12.2.4 元素的定性和定量分析 1. 定性分析 XPS所用靶材为 Mg或Al 绝对灵敏度：10-18 g 相对灵敏度：0.1% 定性分析操作： （1）先找出C1s、O1s 峰 （2）找出主峰位置，注意自旋双峰，如 p1/2，3/2； d3/2，5/2；f5/2，f7/2，并注意两峰的强度比 （3）与手册对照 7.2 光电子能谱仪实验技术 7.2.2 样品的制备 7.2 光电子能谱仪实验技术 7.2.4 XPS的能量校正 1. 静电效应 在样品测试过程中，光电子不断从表面发射，造成表面电子“亏空”，对金属样品，通过传导来补偿。对绝缘体，会在表面带正电，导致光电子的动能降低，结合能升高。严重时可偏离达10几个电子伏特，一般情况下都偏高3~5个电子伏特。这种现象称为“静电效应 ”，也称为“荷电效应”。 7.2 光电子能谱仪实验技术 2. 校正方法 (1) 外标法（最常用） C 1s结合能：284.6 eV 若荷电效应在实验过程中不稳定，则实验前后各扫一次C 1s谱，取平均值。 （2） 内标法 以相同环境化学基团中电子的结合能为内标； 决定相对化学位移，而不是绝对的结合能 （3）超薄法 X射线物理 X射线起源于轫致辐射，可被认为是光电效应的逆过程，既： 电子损失动能 ? 产生光子(X射线) 快电子 原子核 慢电子 EK1 EK2 h? 光子 因为原子的质量至少是电子质量的 2000 倍，我们可以把反冲原子的能量忽略不计。 7.1 XPS的基本原理 XPS定量分析方法 将谱线强度信号→元素含量，即将峰的面积→相应元素的浓度。 直接用光电子的强度进行定量分析，误差大，∵不同壳层的光电子截面不同，光电离的几率不同。 元素灵敏度因子法——半经验 对单相、均一、无限厚的固体表面，从光电发