电子能谱-ES4.pdf

第四章 定性分析和谱图诠释 一、电子能谱图的一般特征 二、定性分析方法 1、元素组成鉴别 2、化学态分析 第四章 定性分析和谱图诠释 lXPS和AES的表面灵敏特性，再加上非结 构破坏性测试能力和可获得化学态信息的 能力，使其成为表面分析的极有力工具。 l定性分析主要是鉴定物质的元素组成及其 化学状态。 lXPS还可以进行官能团分析和混合物分析。 lXPS定性分析的相对灵敏度约为0.1%。 一、电子能谱图的 般特征 l 电子能谱图的形式 l 光电子信号强度I 随能量的变化关系(I ~ E ) B l 在XPS谱图中可观察到几种类型的谱峰。 l 一部分是基本的并总可观察到 初级结构 l 另一些依赖于样品的物理和化学性质 次级结构 l 光电发射过程常被设想为三步（三步模型）： l 光吸收和电离 （初态效应）； l 原子响应和光电子发射 （终态效应）； l 电子向表面输运 逸出 （外禀损失）。 l 所有这些过程都对XPS谱的结构有贡献。 1、XPS谱图的初级结构 (1). 光电子谱线(photoelectron lines) l 由于X射线激发源的光子能量较高，可以同时激发出多个 原子轨道的光电子，因此在XPS谱图上会出现多组谱峰。 由于大部分元素都可以激发出多组光电子峰，因此可以利 用这些峰排除能量相近峰的干扰，非常有利于元素的定性 标定。 l 最强的光电子线是谱图中强度最大、峰宽最小、对称性最 好的谱峰，称为XPS的主谱线。每一种元素都有自己的具 有表征作用的光电子线。它是元素定性分析的主要依据。 l 光电子峰的标记:以光电子发射的元素和轨道来标记，如 l C1s，Ag3d5/2等 l 此外，由于相近原子序数的元素激发出的光电子的结合能 有较大的差异，因此相邻元素间的干扰作用很小。 光电子谱线 p 峰位置(结合能)。与元素及其能级轨道和化学态有关。 p 峰强度。与元素在表面的浓度和原子灵敏度因子成正比。 p 对称性。金属中的峰不对称性是由金属E 附近小能量电 F 子-空穴激发引起，即价带电子向导带未占据态跃迁。 不对称度正比于费米能级附近的电子态密度。 p 峰宽(FWHM)光电子线的谱线宽度来自于样品元素本 质信号的自然宽度、X射线源的自然线宽、仪器参数以 及样品自身状况的宽化因素等四个方面的贡献。 一般高分辨主峰峰宽值在0.8 ～1.8 eV之间。 非弹性本底 l XPS谱显示出 特征的阶梯状本底，光电发射峰的高 结合能端本底总是比低结合能端的高。这是由于体相 深处发生的非弹性散射过程（外禀损失）造成的。 平均来说，只有靠近表面的 电子才能无能量损失地逸 出，分布在表面中较深处的 电子将损失能量 以减小的 动能或增大的结合能的面貌 出现，在表面下非常深的电 子将损失所有能量而不能逸 出。 自旋-轨道分裂(SOS) l 自旋-轨道分裂是一初态效应。对 于具有轨道角动量的轨道电子， 将会发生自旋(s)磁场与轨道角动 量(l) 的耦合。总角动量j = ‰l–s ‰。 对每个j 值自旋-轨道分裂能级的简 度= 2j + 1 。 l s 轨道无自旋-轨道分裂 XPS 中单 峰 l p , d,f … 轨道是自旋-轨道分裂的 XPS 中双峰 l 双峰中低j 值的结合能E 较高(E