第6章定量分析和深度析定量分析方法深度部析方析
第6章 定量分析和深度剖析 1. 定量分析方法 2. 深度剖析方析
6.1、定量分析方法在表面分析研究中我们不仅需要定性地确定试样的元素种类及其化学状态，而且希望能测得它们的含量。对谱线强度作出定量解释。■XPS由于其对均相固体材料容易得到极好的定量精确性，常用于获取实验式。√每个特征谱峰中检测到的电子数目直接正比于XPS采样体积中的元素的含量。要得到原子百分量，每个原始XPS信号强度都要除以一个相对灵敏度因子（RSF），并对检测到的所有元素进行归一化。√XPS定量分析的关键是要把所观测到的信号强度转变成元素的含量，即将谱峰面积转变成相应元素的含量。这里我们定义谱峰下所属面积为谱线强度
6.1、定量分析方法 在表面分析研究中我们不仅需要定性地确定试样的元素种 类及其化学状态，而且希望能测得它们的含量。对谱线强 度作出定量解释。 XPS由于其对均相固体材料容易得到极好的定量精确性， 常用于获取实验式。 每个特征谱峰中检测到的电子数目直接正比于XPS采样体 积中的元素的含量。要得到原子百分量，每个原始XPS信 号强度都要除以一个相对灵敏度因子(RSF)，并对检测到 的所有元素进行归一化。 XPS定量分析的关键是要把所观测到的信号强度转变成元 素的含量，即将谱峰面积转变成相应元素的含量。这里我 们定义谱峰下所属面积为谱线强度
实用XPS定量方法实用XPS定量方法可以概括为标样法，第一性原理模型和元素灵敏度因子法标样法需制备一定数量的标准样品作为参考，且标样的表面结构和组成难于长期稳定和重复使用，故一般实验研究均不采用。√目前XPS定量分析多采用元素灵敏度因子法。该方法利用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素相对谱线强度，求得各元素的相对含量
实用XPS定量方法 实用XPS定量方法可以概括为标样法，第一性原理模 型和元素灵敏度因子法。 标样法需制备一定数量的标准样品作为参考，且标样 的表面结构和组成难于长期稳定和重复使用，故一般 实验研究均不采用。 目前XPS定量分析多采用元素灵敏度因子法。该方法 利用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素相 对谱线强度，求得各元素的相对含量
6.1.1、第一性原理模型FirstPrincipleModel》从光电子发射的“三步模型”出发，将所观测到的谱线强度和激发源，待测样品的性质以及谱仪的检测条件等统一起来考虑，形成一定的物理模型，>由于模型涉及较多的因素，自前还缺乏必要精度的实验数据，因此一级原理模型计算还未得到真正应用。I, = K.T(E)· L,(n)., J n,(2).e-/a(E)coso dz.其中：I为元素峰的面积，K为仪器常数，T(E)为分析器的传输函数L;()是元素轨道的角不对称因子，;为表面元素轨道的的光电离截面，n(z)为表面元素在表面下距离z处的原子浓度，2(E)为光电子的非弹性平均自由程，0是测量的光电子相对于表面法线的夹角
6.1.1、第一性原理模型 First Principle Model 从光电子发射的“三步模型”出发，将所观测到的谱线强度 和激发源，待测样品的性质以及谱仪的检测条件等统一起 来考虑，形成一定的物理模型。 由于模型涉及较多的因素，目前还缺乏必要精度的实验数 据，因此一级原理模型计算还未得到真正应用。 其中: Iij为i元素j峰的面积，K为仪器常数，T(E)为分析器的传输函数， Lij()是i元素j轨道的角不对称因子，ij为表面i元素j轨道的的光电离截 面，ni (z)为表面i元素在表面下距离z处的原子浓度，(E)为光电子的非 弹性平均自由程，θ是测量的光电子相对于表面法线的夹角。 ( ) ( )cos ( ) ( ) z E ij ij ij i I K T E L n z e dz − =
6.1.2、元素灵敏度因子法、原子灵敏度因子-由标样得出的经验校准常数，该方法利用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素相对谱线强度，求得各元素的相对含量。元素灵敏度因子法是一种半经验性的相对定量方法对于单相均匀无限厚固体表面：I, = K.T(E)· L,(y)·O, n, ·a(E)cos0因此，n, = Iu /(K.T(E)·L,()·O, a(E)cos0) = Iu,/S,>式中S;=K.T(E),L;();r2(E)cosQ~ T(E):;->(E)定义为原子灵敏度因子，它可用适当的方法加以计算，一般通过实验测定。可取SF1=1作为标准来确定其它元素的相对灵敏度因子。 n; α Ij / Sj=Ni
6.1.2、元素灵敏度因子法 原子灵敏度因子-由标样得出的经验校准常数。 该方法利用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素 相对谱线强度，求得各元素的相对含量。 元素灵敏度因子法是一种半经验性的相对定量方法。 对于单相均匀无限厚固体表面: 因此， 式中Sij=KT(E)Lij()ij(E)cos T(E)ij(E) 定义为原子 灵敏度因子，它可用适当的方法加以计算，一般通过实验 测定。可取SF1s=1作为标准来确定其它元素的相对灵敏度 因子。 ni ∝ Iij / Sij =Ni ( ) ( ) ( )cos ij ij ij i I K T E L n E = n I K T E L E I S i ij ij ij ij ij = = { ( ) ( )cos } ( )