2024年5月13日发(作者：阎希慕)
（一）X光电子能谱分析的基本原理 （XPS）
X光电子能谱分析的基本原理：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，
式(103)又可表示为： hn=Ek+Eb+Φ （10.4）Eb= hn- Ek-Φ （10.5）
仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，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。分析所需试样约 10 -8 g 即可，绝对灵敏度
高达 10 -18 g ，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 1 ％～ 2 ％。
( 3 )固体表面分析
2024年5月13日发(作者：阎希慕)
（一）X光电子能谱分析的基本原理 （XPS）
X光电子能谱分析的基本原理：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，
式(103)又可表示为： hn=Ek+Eb+Φ （10.4）Eb= hn- Ek-Φ （10.5）
仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，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。分析所需试样约 10 -8 g 即可，绝对灵敏度
高达 10 -18 g ，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 1 ％～ 2 ％。
( 3 )固体表面分析