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圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 第7章 表面分析方法
7.1 复习笔记
一、概论
1．表面分析的定义
表面分析是指对表面及微区的特性和表面现象进行分析、测量的方法和技术，包括表面组成、结构、电子态和形貌等。
2．表面分析方法的分类
（1）按表征技术可分为电子束激发、光子激发、离子轰击、近场显微镜法。 （2）按用途可分为组分分析、结构分析、原子态分析、电子态分析。
二、光电子能谱法 1．光电子能谱法的定义
光电子能谱法是指采用单色光或电子束照射试样，使电子受到激发而发射，通过测定这些电子的相对强度与能量分布的关系，从中获得有关信息。
2．X射线光电子能谱法（XPS） （1）X射线光电子能谱图
X射线光电子能谱图是以检测器单位时间内接收到的光电子数—光电子强度对电子结合能或光电子动能作图。
（2）谱峰的物理位移和化学位移
①物理位移是由固体的热效应及表面荷电作用等物理因素引起的谱峰位移。
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www.100xuexi.com （3）应用 ①元素定性分析
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 ②化学位移是由电子所处的化学环境不同而引起的谱峰位移。
依据：每种元素的原子结构互不相同，具有不同的电子结合能。 ②元素定量分析
a．依据：光电子谱线的强度(光电子峰的面积或峰高)与元素含量有关，光电子峰的面积(或峰高)的大小主要取决于试样中所测元素的含量(或相对浓度)。
b．优点：可进行多元素同时测定、能分析有机及高分子材料(元素及分子结构)、对试样辐射损伤小，是非破坏性分析技术。
③固体表面状态分析 ④化合物结构鉴定
特点：能直接捕获到表征化合物的化学键和电荷分布的信息。 ⑤生物大分子研究 ⑥深度剖析及微区分析 3．紫外光电子能谱法 （1）电离能
紫外线的能量比X射线能量低，只能激发原子或分子的价电子，因此，它所测定的是价电子的结合能，习惯上称为电离能。
（2）紫外光电子能谱图
紫外光电子能谱图的形状取决于入射光子的能量和电离后离子的状态以及具体的实验条件。
（3）应用
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www.100xuexi.com ①定性分析
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 紫外光电子能谱能够提供振动-转动能级结构方面的信息，可用于鉴定某些同分异构体、确定取代作用和配位作用的程度和性质。
②表面分析 ③测量电离能
紫外光电子的能量减去光电子的动能便得到被测物质的电离能。 ④研究化学键
观察紫外光电子能谱各种谱带的形状，可以得到有关分子轨道成键性质的某些信息。 4．Auger（俄歇）电子能谱法 （1）Auger电子能谱的产生
在一定能量的电子束(或X射线)轰击下，使原子内壳层电子电离，形成具有初态空位的激发态离子，处于激发态的离子恢复到基态的去激发可以经过两种竞争的过程：
①发射X射线荧光，即外层电子跃迁到内层轨道，并以X射线释放多余的能量； ②发射Auger电子，即此内层空穴被较外层电子填入，多余的能量以非辐射方式传给另一个电子(Auger电子)，并使之发射。
（2）Auger电子峰的强度
Auger电子峰的强度IA主要由电离截面QI和Auger电子发射概率PA决定，且
IA?QI?PA
（3）Auger电子的能量
Auger电子的动能只与电子在物质中所处的能级及仪器的功函数φ有关，与激发源的能量无关。可以根据X射线能级来估算。
（4）Auger电子能谱
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www.100xuexi.com ①Auger电子峰
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 Auger电子的能量只与所发生的Auger跃迁过程有关，因此它具有特征性，可据此进行定性分析。
②化学环境的影响
Auger电子能谱反映的3类化学效应为：a．电荷转移；b．价电子谱；c．等离子激发。 （5）应用 ①定性分析
主要适用于原子序数33以下轻元素的定性分析。 ②定量分析
Auger电流近似地正比于被激发的原子数目，常用相对含量来进行元素的半定量分析。 ③表面元素的化学状态分析
Auger化学位移比XPS的化学位移大，结合深度分析可以研究表面化学状态。 ④微区分析
可分为选点分析、线扫描分析和面扫描分析，它是纳米材料研究的主要手段。 5．电子能谱仪 （1）激发源
电子能谱仪通常采用的三种激发源为：①X射线源；②真空紫外线灯；③电子枪。 （2）试样室系统
试样室系统由三部分组成：①试样预处理(如氢离子清洗等)；②进样系统；③试样室。 （3）电子能量分析器
电子能量分析器是电子能谱仪的核心部分，是测量电子能量分布的一种装置，其作用是探测试样发射出来的不同能量电子的相对强度。
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www.100xuexi.com （4）检测器和放大系统
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 （5）真空系统以及计算机
真空系统的两个功能为：①使试样室和分析器保持一定的真空度，以减少光电子在运动过程中与残留气体分子发生碰撞而损失信号强度；②降低活性残余气体的分压，防止杂质峰产生。
6．电子能谱法的特点
（1）可分析除H和He之外的所有元素；可以直接测定来自试样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）提供有关化学键方面的信息，相邻元素的同种谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性标识性强。
（3）它是一种无损分析。
（4）它是一种高灵敏超微量表面分析技术。
三、其他表面分析方法 1．二次离子质谱法
初级离子束轰击固体试样表面时，从表面溅射出各种类型的二次离子，利用离子在电场、磁场或自由空间中的运动规律，通过质量分析器，使不同质荷比的离子分开，经分别计数后得到二次离子强度-质荷比关系曲线，这种分析方法称为二次离子质谱法。
2．扫描隧道显微镜和原子力显微镜 （1）扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学的隧道效应。 （2）原子力显微镜
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武汉大学《分析化学》第5版下册笔记和课后习题(含考研真题)详解-第7~11章【圣才出品】
