对于固体样品,Ⅹ射线能量用于 一内层电子跃迁到费米能级,即克服该电子的 结合能Eb; 一电子由费米能级进入真空成为静止电子,即 克服功函数; 自由电子的动能E 则hv=Eb+E+￠ 2021/2/22 HSLP
2021/2/22 HNU-ZLP 11 • 对于固体样品，X射线能量用于： – 内层电子跃迁到费米能级，即克服该电子的 结合能Eb； – 电子由费米能级进入真空成为静止电子，即 克服功函数 ； – 自由电子的动能Ek 。 则 h＝ Eb＋ Ek ＋
当样品置于仪器中的样品架上时,样品与仪器 样品架材料之间将产生接触电势Δ,这是由于 二者的功函数不同所致,若φ>￠,则:△=- 此电势将加速电子的运动,使自由电子的动能 从E增加到E Ek+φ=Ek+d hv=Eb+Ek+φ b=hv一Ek 式中φ是仪器的功函数,是一定值,约为4eV, hv为实验时选用的X射线能量为已知,通过精 2021/2/22 确测量光电子的动能E,即能计算出Eb° HELP
2021/2/22 HNU-ZLP 12 • 当样品置于仪器中的样品架上时，样品与仪器 样品架材料之间将产生接触电势 ，这是由于 二者的功函数不同所致，若>' ，则： • 此电势将加速电子的运动，使自由电子的动能 从Ek增加到Ek ' Ek ＋ ＝ Ek ' ＋ ' h＝ Eb＋ Ek ' ＋ ' Eb ＝ h －Ek ' － ' 式中‘是仪器的功函数，是一定值，约为4eV， h为实验时选用的X射线能量为已知，通过精 确测量光电子的动能Ek ’ ，即能计算出Eb 。 V = − V
E 真空能级 4中 费米能级 价电子带 B 电子 M (b)样品与仪器接触 内层 K (a)样品 2021/2/22 图56光电子能谱中各种能量关系“i刻13
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各种原子、分子轨道的电子结合能是一定的, 据此可鉴别各种原子和分子,即可进行定性分 析。 光电子能谱的谱线常以被激发电子所在能级来 表示,如K层激发出来的电子称为1s光电子,L 层激发出来的光电子分别记为2s,2p12,2p3/2电 子等等。表列出了光电子能谱中常用的标准谱 线 X射线光电子能谱的有效探测深度,对于金属 和金属氧化物是0.5~25nm,对有机物和聚合材 料一般是4~10nm。 2021/2/22
2021/2/22 HNU-ZLP 14 • 各种原子、分子轨道的电子结合能是一定的， 据此可鉴别各种原子和分子，即可进行定性分 析。 • 光电子能谱的谱线常以被激发电子所在能级来 表示，如K层激发出来的电子称为1s光电子，L 层激发出来的光电子分别记为2s,2p1/2,2p3/2电 子等等。表列出了光电子能谱中常用的标准谱 线。 • X射线光电子能谱的有效探测深度，对于金属 和金属氧化物是0.5～2.5nm,对有机物和聚合材 料一般是4～10nm
二、XPS的应用 化学分析 元素成份分析:可测定除氢以外的全部元素 对物质的状态没有选择,样品需要量很少, 可少至108g,而灵敏度可高达1018g,相对 精度有1%,因此特别适于作痕量元素的分 析; 元素的定量分析:从光电子能谱测得的信号 是该物质含量或相应浓度的函数,在谱图上 它表示为光电子峰的面积。目前虽有几种 ⅩPS定量分析的模型,但影响定量分析的因 素相当复杂 2021/2/22 15
2021/2/22 HNU-ZLP 15 二、XPS的应用 • 化学分析 – 元素成份分析：可测定除氢以外的全部元素， 对物质的状态没有选择，样品需要量很少， 可少至10-8 g，而灵敏度可高达10-18 g，相对 精度有1％，因此特别适于作痕量元素的分 析； – 元素的定量分析：从光电子能谱测得的信号 是该物质含量或相应浓度的函数，在谱图上 它表示为光电子峰的面积。目前虽有几种 XPS定量分析的模型，但影响定量分析的因 素相当复杂