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2024年3月19日发(作者：)

XPS基础知识

（一）X光电子能谱分析的基本原理

基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质

原子中的电子脱离原子成为自由电子。

该过程可用下式表示: hn=Ek+Eb+Er

其中: hn：X光子的能量； Ek：光电子的能量； Eb：电子的结合能； Er：原子的反

冲能量。其中Er很小，可以忽略。

对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，

由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能 Eb，由费米能级进入真空成为自由电子

所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，入射X光子能量已知，这样，

如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。各种原子，分子的轨道电子结

合能是一定的。因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。

元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结

合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。例如某元素失

去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。因此，

利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。

（二）电子能谱法的特点

( 1 )可以分析除 H 和 He 以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发

射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。

( 2 )从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱

提供的信息可称作“原子指纹”。它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及

内层电子轨道能级。而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标

识性强。

( 3 )是一种无损分析。

( 4 )是一种高灵敏超微量表面分析技术。分析所需试样极少量即可，样品分析深度约

2nm 。

(三) X 射线光电子能谱法的应用

( 1 )元素定性分析

各种元素都有它的特征的电子结合能，因此在能谱图中就出现特征谱线，可以根据这

些谱线在能谱图中的位置来鉴定周期表中除 H 和 He 以外的所有元素。通过对样品进行

全扫描，在一次测定中就可以检出全部或大部分元素。

( 2 )元素定量分折

X 射线光电子能谱定量分析的依据是光电子谱线的强度(光电子蜂的面积)反映了原于

的含量或相对浓度。在实际分析中，采用与标准样品相比较的方法来对元素进行定量分析，

其分析精度达 0.5 ％～ 1 ％。

本文标签： 电子元素样品

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