xps(X射線光電子能譜分析(XPS))

X射線光電子能譜分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)是用X射線去輻射樣品，使原子或分子的內層電子或價電子受激發射出來。被光子激發出來的電子稱為光電子，可以測量光電子的能量，以光電子的動能為橫坐標，相對強度(脈衝/s)為縱坐標可做出光電子能譜圖，從而獲得待測物組成。

基本介紹

• 中文名：X射線光電子能譜分析
• 外文名：X-ray photoelectron spectroscopy
• 製作公司：美國惠普公司
• 主要貢獻人：西格巴恩

歷史沿革

1887年，海因里希·魯道夫·赫茲發現了光電效應，1905年，愛因斯坦解釋了該現象（並為此獲得了1921年的諾貝爾物理學獎）。兩年後的1907年，P.D. Innes用倫琴管、亥姆霍茲線圈、磁場半球（電子能量分析儀）和照相平版做實驗來記錄寬頻發射電子和速度的函式關係，他的實驗事實上記錄了人類第一條X射線光電子能譜。其他研究者如亨利·莫塞萊、羅林遜和羅賓遜等人則分別獨立進行了多項實驗，試圖研究這些寬頻所包含的細節內容。XPS（X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)）的研究由於戰爭而中止，第二次世界大戰後瑞典物理學家凱·西格巴恩和他在烏普薩拉的研究小組在研發XPS設備中獲得了多項重大進展，並於1954年獲得了氯化鈉的首條高能高分辨X射線光電子能譜，顯示了XPS技術的強大潛力。1967年之後的幾年間，西格巴恩就XPS技術發表了一系列學術成果，使XPS的套用被世人所公認。在與西格巴恩的合作下，美國惠普公司於1969年製造了世界上首台商業單色X射線光電子能譜儀。1981年西格巴恩獲得諾貝爾物理學獎，以表彰他將XPS發展為一個重要分析技術所作出的傑出貢獻。X射線光電子能譜因對化學分析最有用，因此被稱為化學分析用電子能譜（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）。最近英國VG公司製成可成像的X射線光電子譜儀，稱為“ESCASCOPE”，除了可以得到ES-CA譜外，還可得到ESCA像，其空間解析度可達到10μm，被認為是表面分析技術的一項重要突破。

物理原理

XPS的原理是用X射線去輻射樣品，使原子或分子的內層電子或價電子受激發射出來。被光子激發出來的電子稱為光電子。可以測量光電子的能量，以光電子的動能/束縛能 binding energy,(Eb=hv光能量-Ek動能-W功函式)為橫坐標，相對強度（脈衝/s）為縱坐標可做出光電子能譜圖。從而獲得試樣有關信息。

系統組件

一台商業製造的XPS系統的主要組件包括：

• X射線源
• 超高真空不鏽鋼艙室及超高真空泵
• 電子收集透鏡
• 電子能量分析儀
• μ合金磁場禁止
• 電子探測系統
• 適度真空的樣品艙室
• 樣品支架
• 樣品台
• 樣品台操控裝置

主要用途

XPS被廣泛套用於分析無機化合物、合金、半導體、聚合物、元素、催化劑、玻璃、陶瓷、染料、紙、墨水、木材、化妝品、牙齒、骨骼、移植物、生物材料、油脂、膠水等。

XPS可以用來測量：

1，元素的定性分析。可以根據能譜圖中出現的特徵譜線的位置鑑定除H、He以外的所有元素。

2，元素的定量分析。根據能譜圖中光電子譜線強度（光電子峰的面積）反應原子的含量或相對濃度。

3，固體表面分析。包括表面的化學組成或元素組成，原子價態，表面能態分布，測定表面電子的電子云分布和能級結構等。

4，化合物的結構。可以對內層電子結合能的化學位移精確測量，提供化學鍵和電荷分布方面的信息。

5，分子生物學中的套用。Ex：利用XPS鑑定維生素B12中的少量的Co。

套用舉例

1.確定金屬氧化物表面膜中金屬原子的氧化狀態；

2.鑑別表面石墨或碳化物的碳；