小知识 || X-射线光电子能谱介绍与谱图简析

介绍

Xps是由Uppsala大学K.Siegbahn以及同事发现的，目前广泛用于分析材料表面元素组成、价态以及含量。其基本原理是用单色光照射样品以后，使样品中的原子或是分子的电子受到激发而逃逸其轨道，最后测量这些电子的能量分布。将得到的结合能大小与已知元素的结合能进行对比来确定元素价态。

Xps谱图解析

注释：光电效应的几率随着电子同原子核的加紧而很快增强，所知光电子的能量足够大，被激发的总是内层电子。外层电子的光电效应几率很小，特别是价带，对于入手光来说几乎是“透明”的。

(1)为什么Xps的峰都是裂分为两个峰（除了s轨道外），且自选裂缝为什么要形成，其自旋裂峰符号表示什么意义？

首先原子能级是由n，l，ml以及ms共同决定的，电子的轨道运动和自旋运动之间存在磁场的相互作用（自旋-轨道耦合作用），使得能级发生裂分。这种分裂可用内量子数（j）表示，其中j=|l+ms|，这就说明了除了s轨道外，其他Xps的峰都是裂分为俩个峰。其自旋-轨道劈裂符号如3d5/2，其中3表示主量子数（n），d表示角量子数l，最后5/2表示自旋-轨道劈裂所形成的劈裂峰。

(2)为什么Xps检测深度有限?

一般认为，对于那些特征能量的光电子在穿过固体表面时，其强度书衰减釜中指数规律。对于金属材料约为0.5-3 nm；无机材料2-4 nm；有机高分子4-10 nm。

(3)Xps中什么会出现OKLL，其表示什么意思？

OKLL被称为俄歇线，是由于原子钟内城电子光激发以后，内层会留下一个空穴，激发态的粒子不稳定要向能量低的转变而发生弛豫，弛豫通过复合跃迁释放能量。辐射出的射线在x射线区域的是x射线荧光，跃迁使得另一个电子激发成自由电子成为俄歇电子，即为谱线群方式出现。OKLL中K表示起始空穴电子层；中间的L表示填补起始空穴电子所在的电子层；最后一个L表示发射俄歇线电子的电子层。

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