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中級(jí)會(huì)員 | 第14年

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X射線光電子能譜儀的發(fā)展簡(jiǎn)史及基本原理

時(shí)間:2015-7-28閱讀:1154
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 1887年,海因里希·魯?shù)婪?middot;赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),1905年,愛(ài)因斯坦解釋了該現(xiàn)象(并為此獲得了1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))。兩年后的1907年,P.D. Innes用倫琴管、亥姆霍茲線圈、磁場(chǎng)半球(電子能量分析儀)和照像平版做實(shí)驗(yàn)來(lái)記錄寬帶發(fā)射電子和速度的函數(shù)關(guān)系,他的實(shí)驗(yàn)事實(shí)上記錄了人類(lèi)*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(dú)立進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn),試圖研究這些寬帶所包含的細(xì)節(jié)內(nèi)容。XPS的研究由于戰(zhàn)爭(zhēng)而中止,第二次世界大戰(zhàn)后瑞典物理學(xué)家凱·西格巴恩和他在烏普薩拉的研究小組在研發(fā)XPS設(shè)備中獲得了多項(xiàng)重大進(jìn)展,并于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(shù)的強(qiáng)大潛力。1967年之后的幾年間,西格巴恩就XPS技術(shù)發(fā)表了一系列學(xué)術(shù)成果,使XPS的應(yīng)用被世人所*。在與西格巴恩的合作下,美國(guó)惠普公司于1969年制造了世界上*商業(yè)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(xué)獎(jiǎng),以表彰他將XPS發(fā)展為一個(gè)重要分析技術(shù)所作出的杰出貢獻(xiàn)。
X射線光子的能量在1000~1500ev之間,不僅可使分子的價(jià)電子電離而且也可以把內(nèi)層電子激發(fā)出來(lái),內(nèi)層電子的能級(jí)受分子環(huán)境的影響很小。 同一原子的內(nèi)層電子結(jié)合能在不同分子中相差很小,故它是特征的。光子入射到固體表面激發(fā)出光電子,利用能量分析器對(duì)光電子進(jìn)行分析的實(shí)驗(yàn)技術(shù)稱(chēng)為光電子能譜。
XPS的原理是用X射線去輻射樣品,使原子或分子的內(nèi)層電子或價(jià)電子受激發(fā)射出來(lái)。被光子激發(fā)出來(lái)的電子稱(chēng)為光電子。可以測(cè)量光電子的能量,以光電子的動(dòng)能/束縛能binding energy,(Eb=hv光能量-Ek動(dòng)能-w功函數(shù))為橫坐標(biāo),相對(duì)強(qiáng)度(脈沖/s)為縱坐標(biāo)可做出光電子能譜圖。從而獲得試樣有關(guān)信息。X射線光電子能譜因?qū)瘜W(xué)分析zui有用,因此被稱(chēng)為化學(xué)分析用電子能譜(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)

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