X射线和紫外
辐射探测技术
辐射探测技术
辐射探测技术是一种用于探测和测量辐射的技术。
辐射可以分为电离辐射和非电离辐射两类，包括电磁辐射（如γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和微波等）、粒子辐射（如α粒子、β粒子和中子等）以及声波辐射。
辐射探测技术主要包括以下几种：
1. 核辐射探测：利用核探测器，如闪烁体和半导体探测器，来探测和测量核辐射，包括γ射线、X射线和宇宙射线等。
2. 放射性测量技术：用于测量放射性核素的放射性水平，包括放射性测量仪器和方法，如计数管、电离室和闪烁计等。
3. 辐射剂量测量技术：用于测量辐射剂量，即辐射对人体或物体的影响程度，包括剂量率测量仪、个人剂量计和剂量测量方法等。
4. 辐射成像技术：用于生成辐射图像，包括X射线成像、γ射线成像和中子成像等，如X射线透视和乳腺X射线摄影等。
5. 辐射监测技术：用于实时监测环境中的辐射水平，包括环境监测仪和网络监测系统等。
6. 辐射防护技术：用于保护人体或设备免受辐射伤害，包括辐射防护材料、防护设备和防护措施等。
辐射探测技术广泛应用于核能、医疗、工业和环境等领域。
它可以帮助监测辐射源、评估辐射风险、保护人体健康和环境安全。
同时，辐射探测技术也为核安全和辐射应急提供了重要的工具和手段。
辐射安全管理
辐射安全管理
辐射安全管理是一种对辐射活动进行监测、评估和控制的管理方式，旨在保障人员和环境免受辐射的危害。
辐射包括电离辐射和非电离辐射，如X射线、γ射线、紫外线等。
辐射安全管理涉及以下几个方面：
1. 辐射监测：定期对工作场所和环境中的辐射水平进行监测，了解辐射源的强度和扩散情况。
监测方法包括使用辐射测量仪器进行实地检测，以及对工作人员的辐射剂量进行监测。
2. 辐射评估：根据监测结果和辐射源的特性，对辐射危害进行评估。
评估主要考虑辐射水平、工作场所的辐射防护措施以及人员接触时间等因素，以确定是否存在辐射危害以及危害程度。
3. 辐射控制：根据辐射评估结果，采取一系列控制措施来减少或消除辐射危害。
控制措施包括合理布置辐射源、加强辐射防护措施、限制人员接触辐射源的时间和剂量等。
4. 培训和教育：对从事辐射活动的工作人员进行培训，使其了解辐射危害和防护知识，学会正确使用辐射防护设备和措施。
同时，加强对公众的辐射知识普及，提高公众的辐射安全意识。
5. 管理体系建立：建立科学规范的辐射安全管理体系，确保辐射安全管理工作的连续性和有效性。
这包括建立标准和程序、制定操作指南、确保设备的合格性和维护等。
辐射安全管理的目标是保护人员、环境和财产免受辐射的危害。
它对于从事辐射活动的各个行业和领域都至关重要，如核能、医疗、工业、研究等领域。
一个科学规范的辐射安全管理系统可以降低辐射事故和辐射相关疾病的发生风险，并保障辐射活动的可持续发展。
可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线
什么是可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线？解析：在太阳辐射的电磁波中，能引起人们肉眼视觉的是0.76～0.4微米（7600～4000埃）波段的电磁波，即人们能看见的光线，称为可见光。
太阳的可见光呈白色，但通过棱镜时，其可见光的不同波长可分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，其中红光波长为0.76～0.62微米，橙光为0.62～0.59微米，黄色为0.59～0.57微米，绿色为0.57～0.49微米，蓝光-靛光为0.49～0.45微米，紫光为0.45～0.39微米。
以上七种色光合成的光为白光。
红外线和紫外线不能引起视觉，人眼看不到，但可以用光学仪器或摄影来察见发射这种光线的物体。
所以在光学上，光也包括红外线和紫外线。
红外线亦称红外光，在电磁波中，波长比红光长，在光谱中它排在可见光红光的外侧，所以叫红外线。
红外线的波长范围为0.75～1000微米，是介于红光和微波（一般指分米波、厘米波、毫米波段的无线电波）之间的电磁辐射，按波长的差别，大致可分为三个波段：0.77～3.0微米为近红外区，3.0～30.0微米为中红外区，30.0～1000微米为远红外区。
红外线不能引起视觉，有较强的穿透能力，在通过云雾等充满悬浮粒子的物质时，不易被散射，还有显著的热效应，容易被物体吸收，转化为它的内能，使物体变热。
红外线的应用极广，可用以焙制食品、烘干油漆、医疗、军事、摄影、通信、遥感探测、找矿等许多方面。
紫外线，亦称紫外光，在电磁波中，波长比紫光短。
在光谱中，它排在可见光紫光的外侧，故称紫外线。
紫外线的波长范围为0.40～0.04微米，是介于紫光与X射线之间的电磁辐射。
紫外线不能引起视觉，人们看不见它。
可见光能透过的物质，对于紫外线的某些波段却能强烈的吸收。
紫外线有很强灼伤性。
太阳辐射中的紫外线，通过大气层时，波长0.28微米以下的紫外线，几乎全被吸收，只有很少量的紫外线到达地面，但对人类和动物已无危害，并对杀菌、消毒能起到一定作用。
辐射分类
现代辐射的种类主要有电磁辐射、粒子辐射、电离辐射和非电离辐射。
电磁辐射主要有X 射线和Y射线及紫外线；粒子辐射主要有a粒子、电子和正电子、质子、中子、负介子和重离子。
人类对辐射的接触机会：感应加热、淬火、熔炼、焊接切割、电子管排气封口等：短波加热介质加热：木材、粮食、蔬菜、鲜果、纸张等干燥、橡胶硫化、塑料制品热品热合等；超短波辐射：无线电通讯、电视、理疗；微波辐射主要有：雷达导航、通讯；连续波主要为木材、药材、皮革加热、干燥、理疗和科学研究。
现代辐射人类接触最多的是：手机、BP机、家庭影院、音响、音像设备、电视机、电脑、消毒柜、电热水器、电冰箱、电子理疗器、健身器、电烤箱、微波炉、空调、游戏机、可视电话、对讲机、家庭带有辐射的建筑装饰和化纤织物等化纤纺织用品的静电辐射等称为家庭的“隐形杀手”，正悄悄地损害人体细胞组织及身体各系统。
城市室外高压线、变压器、寻呼台、电视台、广播电台、电脑信息网站、游戏娱乐场所、紫外线等不知不觉损害着人体各细胞和各系统。
在医疗上，对于接受放射治疗的人群，射线对细胞组织、器官、皮肤及免疫功能有不同程度的损伤。
办公自动化减轻大量的人力物力，同时也给人体造成危害，如电脑、复印机、扫描仪等。
从事与放射线有关的人群，如：从事放射的医务工作者、电力工作者、电焊工作者、辐射研究工作者，特别进行核工业的研究、开发和生产者，从事金、银、铜、铁、锡、锰、钒、铅等矿山开发及深度开发生产的人群，辐射对其细胞组织和各系统的危害也较大。
在自然界中，宇宙射线、地球放射性物质以及由于大气臭氧层破坏，空洞增大，太阳紫外线辐射增强，气候变暖等因素对人体的辐射危害增大。
射频辐射的生物学效应：对神经系统反应最为敏感；对学习和行为的影响：“病理性迟钝个惰性”。
对脑组织代谢影响较大；对脑组织形态有改变，对血液和免疫系统效应：对血液循环系统有刺激反应，长期反复接受射频辐射可出现淋巴细胞增多，并影响机体铁代谢，从而影响红细胞的生成和引起免疫抑制，功能失调；生殖和胚胎发育效应：高强度辐射可引起睾丸水肿，生精上皮变性和睾丸纤维化改变；微波辐射致畸效应的研究得出：高强度辐射可引起死胎和外观畸形增多；致突变和致癌效应：高强度辐射会导致染色体畸变。
光谱分析
2）空间位阻效应的影响
公轭作用减弱
CH3
C2H5
249(14500)
237(10500)
233(9000)
H C=C H H C=C H
290(27000)
280(14000)
3）超共轭效应影响
O CH2=CH C CH3 219 CH3 O CH=CH C CH3 224
4）溶剂的影响 * 跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。 n* 跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移。 *
第六章 光谱分析
一、基本原理
光谱分析：基于样品对电磁辐射的发射或吸收。 电磁波区域
100nm 200nm 400nm 800nm 20μm 500μm
X射线 远紫外 近紫外 可见光 近红外 远红外 无线电波
•光谱分析技术
X-射线谱、紫外、可见光谱、红外光谱、原子吸收光谱、 核磁共振谱、电子自旋共振波谱等。
紫外吸收光谱的产生
1. * 跃迁 饱和烃中的C—C键是 键。产生跃迁的能量大，吸收波 长小于150nm的光子，所以在真空紫外光谱区有吸收，但 在紫外光谱区观察不到。如甲烷的吸收峰为125nm，乙烷 的吸收峰为135nm。 2. n * 跃迁 含有非键合电子（即n 电子）的杂原子（如-OH、-OR、 -NHR、-SR、-NR2、-SH、卤素等）的饱和烃衍生物都可 发生跃迁。它的能量小于 * 跃迁。吸收波长为150～ 250nm的区域（近紫外区），只有一部分在紫外区域内， 同时吸收系数小，所以也不易在紫外区观察到。如： CH3OH 180nm, CH3Cl 173nm, (CH3)3N 227nm CH3I 258nm
二、紫外吸收光谱
紫外光谱的波长范围：
200～400nm。
常用紫外光谱仪的测试范中价电子的跃迁而产生，光谱决定于分子 中价电子的分布和结合情况。
光学仪器 X射线、紫外线及其仪器
纹理检测确定融合规则,调整高频小波系数大小。
利用小波变换对图像相对应的低频分量及各方向细节分量进行针对性融合处理,很好地将来自不同图像的特征与细节融合在一起,并对融合图像质量进行了对比评价。
图6表1参8(于晓光)TP7512007054939遥感影像中直线和直线条带特征提取的新算法=New met hod for extracting straight line and linear band in r e mote sensing image[刊,中]/周绍光(河海大学测绘工程系.江苏,南京(210098)),施海亮//仪器仪表学报.―2007,28(3).―519523道路影像中的直线和直线条带多数具有较长的长度,同时由于干扰和噪声的存在,直线中往往包含有缝隙,直线条带则会包含孔洞以及附着有不规则块,已有的方法在提取这类不甚理想的基元时都有一些缺陷。
本文提出了一种针对此情况的直线提取新思路,首先提取并细化边缘,然后依据结构特点得出直线基本段,最后反复地利用已获取部分预测并检测出后续点,同样的思路也可用于提取构成道路影像的直线条带。
图5参11(于晓光)TP7512007054940基于D S证据理论的彩色航空影像阴影提取方法=A new shadow ext raction method from color aer ial images based on Dempster Shafer evidence theor y[刊,中]/朱庆(武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室.湖北,武汉(430079)),徐胜华//自动化学报.―2007,33(6).―588595针对彩色航空遥感影像的颜色信息进行分析,提出了表述阴影在RGB和H IS空间的三种不同特征,并利用Mean Shift分割的方法对彩色航空影像进行区域分割。
选取分割后的区域,统计每个区域的多个颜色特征并定义相应的概率分配函数,利用其互补特性,使用Dempster Shafer(D S)证据理论中的合成法则对其进行合成,最终判别区域是阴影或非阴影。
光谱及波长范围
光谱及波长范围
光谱是指将光按照波长的大小进行分类的结果。
光谱可分为多个不同的区域，包括以下几种类型：
1. 可见光谱：可见光是人眼能够感知的光波范围，其波长范围大约在400纳米到700纳米之间。
2. 红外光谱：红外光的波长范围比可见光更长，一般从700纳米延伸到1毫米。
红外光谱可以分为近红外、中红外和远红外三个不同的区域。
3. 紫外光谱：紫外光的波长范围比可见光更短，一般从10纳
米到400纳米。
紫外光谱可以分为紫外A、紫外B和紫外C
三个不同的区域，波长越短，能量越高。
4. 微波光谱：微波光谱的波长范围较长，一般从1毫米到1米之间，波长较长的微波光谱常被应用于微波通信和雷达等领域。
5. 射线光谱：射线光谱波长极短，常包括X射线和γ射线。
由于射线光谱具有很高的能量，可以穿透物体，因此在医学、材料科学和能源研究等领域具有重要应用价值。
综上所述，光谱的波长范围非常广泛，涵盖了从纳米级到米级的范围。
不同的波长区域具有不同的特性和应用，因此对光谱的研究和理解对于各个科学领域都非常重要。
可见光红外线紫外线X射线γ射线
什么是可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线？解析：在太阳辐射的电磁波中，能引起人们肉眼视觉的是0.76～0.4微米（7600～4000埃）波段的电磁波，即人们能看见的光线，称为可见光。
太阳的可见光呈白色，但通过棱镜时，其可见光的不同波长可分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，其中红光波长为0.76～0.62微米，橙光为0.62～0.59微米，黄色为0.59～0.57微米，绿色为0.57～0.49微米，蓝光-靛光为0.49～0.45微米，紫光为0.45～0.39微米。
以上七种色光合成的光为白光。
红外线和紫外线不能引起视觉，人眼看不到，但可以用光学仪器或摄影来察见发射这种光线的物体。
所以在光学上，光也包括红外线和紫外线。
红外线亦称红外光，在电磁波中，波长比红光长，在光谱中它排在可见光红光的外侧，所以叫红外线。
红外线的波长范围为0.75～1000微米，是介于红光和微波（一般指分米波、厘米波、毫米波段的无线电波）之间的电磁辐射，按波长的差别，大致可分为三个波段：0.77～3.0微米为近红外区，3.0～30.0微米为中红外区，30.0～1000微米为远红外区。
红外线不能引起视觉，有较强的穿透能力，在通过云雾等充满悬浮粒子的物质时，不易被散射，还有显著的热效应，容易被物体吸收，转化为它的内能，使物体变热。
红外线的应用极广，可用以焙制食品、烘干油漆、医疗、军事、摄影、通信、遥感探测、找矿等许多方面。
紫外线，亦称紫外光，在电磁波中，波长比紫光短。
在光谱中，它排在可见光紫光的外侧，故称紫外线。
紫外线的波长范围为0.40～0.04微米，是介于紫光与X射线之间的电磁辐射。
紫外线不能引起视觉，人们看不见它。
可见光能透过的物质，对于紫外线的某些波段却能强烈的吸收。
紫外线有很强灼伤性。
太阳辐射中的紫外线，通过大气层时，波长0.28微米以下的紫外线，几乎全被吸收，只有很少量的紫外线到达地面，但对人类和动物已无危害，并对杀菌、消毒能起到一定作用。
x射线长余辉 氟化物纳米晶 紫外长余辉
x射线长余辉氟化物纳米晶紫外长余辉全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：X射线长余辉，是指当物质受到X射线照射后，在光、电、热等形式上持续释放能量的现象。
这种现象常常发生在某些特定的材料上，比如氟化物纳米晶。
氟化物纳米晶是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，具有较高的光学性能和独特的荧光效应。
在X射线照射下，氟化物纳米晶能够吸收并储存能量，在紫外光照射下产生长余辉效应。
X射线长余辉现象在医学诊断、材料科学和生物医学领域都具有重要的应用价值。
在医学诊断中，X射线长余辉可用于显像技术，提高图像清晰度和对比度，有助于医生准确诊断疾病。
在材料科学领域，X射线长余辉可用于材料表征和结构分析，帮助科学家研究材料的性质和性能。
在生物医学领域，X射线长余辉技术被用于肿瘤治疗和放射治疗，可实现精准、无创伤的肿瘤治疗。
紫外长余辉是另一种与X射线长余辉类似的现象，指的是物质在紫外光照射后，在可见光波段上持续释放能量的现象。
紫外长余辉现象广泛存在于各种半导体、荧光体和发光材料中，常被用于制造荧光灯、LED灯和光通信器件等产品。
紫外长余辉技术的应用，不仅提高了光电产品的性能，还推动了光电技术的发展和应用领域的拓展。
X射线长余辉、氟化物纳米晶和紫外长余辉这三个领域之间存在着密切的关联和相互作用。
研究人员通过对这些现象的深入研究和应用，不仅推动了材料科学和光学技术的发展，也为医学诊断、生物医学和环境监测等领域带来了创新和突破。
随着纳米技术和光电技术的不断进步，相信这些领域的研究将会取得更多的突破和进展，为人类社会的发展和进步做出新的贡献。
第二篇示例：X射线长余辉是一种放射性现象，当X射线束停止照射物质后，X 射线长余辉会在一段时间内持续发射X射线。
这种现象一般发生在光电倍增管等器件中，是由于物质受到了X射线的激发，导致内部电子的跃迁，最终产生长余辉。
X射线长余辉的持续时间较短，通常在几秒到几十秒之间，但确实对X射线成像和测量技术有着重要的应用价值。
X射线
X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。
X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为0.01~10nm之间。
由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。
伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。
这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。
波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。
在X射线管中发射电子的热阴极与由钼钨或铜等金属制成的阳极（也称对阴极）之间加有数万伏特的高电压，使电子流加速，向对阴极撞击而产生X射线。
1901年伦琴也因此获首届诺贝尔物理学奖。
X射线具有较强的穿透能力很容易穿过由氢、氧、氮、碳等较轻元素组成的肌肉组织，不易穿透骨骼应用于医学上的X射线透视是X射线最早的应用之一波长短，X射线的穿透能力强可以穿过一定厚度的金属材料或部件可用于X射线探伤。
晶体点阵是晶体粒子所在位置的点在空间的排列。
相应地在外形上表现为一定形状的几何多面体，这是它的宏观特性。
同一种晶体的外形不完全一样，但却有共同的特点。
各相应晶面间的夹角恒定不变，这条规律称为晶面角守恒定律，它是晶体学中重要的定律之一，是鉴别各种矿石的依据。
晶体的一个基本特性是各向异性，即在各个不同的方向上具有不同的物理性质，如力学性质（硬度、弹性模量等等）、热学性质（热膨胀系数、导热系数等等）、电学性质（介电常数、电阻率等等）光学性质（吸收系数、折射率等等）。
用X射线鉴别晶体就利用了晶面角守恒定律。
1912年，德国物理学家M.von 劳厄首先发现了晶体对X射线的衍射现象，他用连续谱X射线照射单晶体，在晶体后放置感光片，发现感光片上出现许多分散的斑点，后人称为劳厄斑。
劳厄斑的原理W.L.布拉格指出劳厄斑的产生是X射线衍射的结果，并给出了简单明了的解释。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
下面是Ni80P20合金表面Ni的2P3/2、O的1S以 及P的2P XPS图谱。
Ni-P合金的Ni 2p3/2 XPS谱
金属态的镍Ni
较 高 氧 化 态 的 镍 Ni3+
a 清洁表面； b 1barO2、403K氧化1小时
XPS 数据以及处理
使用解谱软件Vision Processing计算各元素的含量 并将原始数据导出
价态分析
由于元素所处的化学环境不同，它们的内层电子 的轨道结合能也不同，即存在所谓的化学位移。 其次，化学环境的变化将使一些元素的光电子谱 双峰间的距离发生变化，这也是判定化学状态的 重要依据
元素化学状态的变化有时还将引起谱峰半峰宽带 变化
定量分析
采用——元素灵敏度因子法
一般以谱峰面积计算
XPS技术的定性及定量分析手段
定性分析
在XPS分析中，由于采用的X射线激发源的能量较 高，不仅可以激发出原子价轨道中的价电子，还 可以激发出芯能级上的内层轨道电子，其出射光 电子的能量仅与入射光子的能量及原子轨道结合 能有关 对于特定的单色激发源和特定的原子轨道，其光 电子的能量是特征的 当固定激发源能量时，其光电子的能量仅与元素 的种类和所电离激发的原子轨道有关。因此，我 们可以根据光电子的结合能定性分析物质的元素 种类。
商品化仪器开始出现于 1969~1970年， 1972年又出现第一台超 高真空能谱仪
20世纪80年代末期仪器性能显著提高，具有很高的灵敏度和能 量分辨率以及空间分辨能力<10m的直接成像 上世纪九十年代，小面积 XPS 、成像 XPS 和角分辨 XPS 发展较 快。 最近几年，在进一步提高检测灵敏度、改善荷电效应、分析功 能化和智能化等方面有较大发展。 目前，生产X射线光电子能谱仪的主要厂家有：日本真空-PHI公 司（原美国PE公司）；美国热电-VG公司；岛津-KRATOS公司； 北京汇德信Omicon公司等。
对固体样品，必须 考虑晶体势场和表 面势场对光电子的 束缚作用，通常选 取费米(Fermi)能级 为 E 的参考点。
b
0k时固体能带中充 满电子的最高能级
hv E k Eb
功函数
为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持 和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。
实际测到的电子动能为：
E k E k (sp s )
如四氯化碳中 二硫化碳测定 检查
定义：基于物质对紫外光的选择性吸收来进行分析测试的 方法。 产生原因：分子中电子能级的跃迁产生的。
吸收光谱（吸收曲线）：即用一束具有连续波长的紫外光 照射一定浓度的样品溶液，分别测量不同波长下溶液的吸光 度，以吸光度对波长作图得到该化合物的紫外吸收光谱 。 三种电子的 能级跃迁（n电子、π 电子和σ 电子的跃迁）
XPS在催化中的实际应用
（1）表面组成鉴别
（2）表面元素价态分析 （3）活性位研究――与催化活性关联
（4）失活机理分析
NiB催化剂深度分析
体相Ni72B28
氧化态B
元素态B
Ni-B合金表面Ni、B、O的表面浓度与氩刻时间的关系
催化剂表面化学状态的鉴定
原子化学环境的变化对XPS中测量的电 子能量都有影响，使之偏离标准值产 生所谓的化学位移。根据化学位移的 数值，可以给出待测样品的化学状态 的信息。
真空系统
电子能谱仪的真空系统有两个基本功能。
1、使样品室和分析 器保持一定的真空 度，以便使样品发 射出来的电子的平 均自由程相对于谱 仪的内部尺寸足够 大，减少电子在运 动过程中同残留气 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。因在记录谱图所必需的 时间内，残留气体会吸附到 样品表面上，甚至有可能和 样品发生化学反应，从而影 响电子从样品表面上发射并 产生外来干扰谱线。
定性鉴定 未知样品采用比较光谱法， 标准物对照，或者标准图谱 对照。 化合物纯度的检测 化合物在紫外区没有明显的吸收峰， 而杂质在紫外区有较强的吸收，就 可以紫外吸收曲线检测出该化合物 所含的杂质。 推测结构 推定化合物的共扼关系、部分 骨架；区分化合物的构型； 互变异构体的鉴别；
如乙醇中杂质 苯测定检查
添加峰
调变各参数
（Position, FWHM, Area)
继续添加峰
调变各参数
分峰结果
0号峰
面 积 比 即 为 含 量 比
1号峰
2号峰
三种电子的 能级跃迁（n电子、π 电子和σ 电子的跃迁）
I0 A lg T lg bc I
各组分吸光度具有加和性 浓溶液的不适用性 化学偏离与仪器偏离
表面能谱技术简介及发展历史
1887年，海因里希· 鲁道夫· 赫兹发现了光电效应, 1894年去世。 勒纳德系统研究了光电效应，1905年获得诺贝尔物理学奖（阴 极射线）。 1905年，爱因斯坦解释了该现象，获1921年的诺贝尔物理学 奖）。 1907年，因斯（P.D. Innes）用伦琴管、亥姆霍兹线圈、磁场半 球和照像平版来记录宽带发射子和速度的函数关系，记录了人类 第一条X射线光电子能谱。 1914年，卢瑟福（Rutherford）成功地表述了XPS基本方程: Ek = h - Eb -
倍增器
10 ～1A
-4
通道电子倍增器是一 种采用连续倍增电极表面 （管状通道内壁涂一层高 阻抗材料的薄膜）静电器 件。内壁具有二次发射性 能。电子进入器件后在通 道内连续倍增，增益可达 109 。
多通道检测器是由多 个微型单通道电子倍 增器组合在一起而制 成的一种大面积检测 器，也称位敏检测器 （PSD）或多阵列检测 器。
298K吸附一层气体分子所需时间
10-4Pa时为1秒；10-7Pa时为1000秒
XPS区别于其他手段的显著特点
非破坏性手段 —— Mg K和Al K对多数物
质无损伤，电子和离子则不然； 表面灵敏 —— 分析除氢外所有元素，这些元 素的光电子能量范围50-1400 eV； 特别适合分析塑料和高分子聚合物；对半导 体和催化剂工业也有显著的作用； 有明确的化学位移 —— AES由于涉及三个能 级解释复杂。
'
hv E b sp
Eb hv E k sp
'
仪器功函数
hv E k Eb
功函数
特征：
XPS采用能量为 1000～1500 eV 的射线源，能激 发内层电子。各种元素内层电子的结合能是有 特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。 UPS采用 He I(21.2eV) 或 He II(40.8eV) 作激发 源。 与X射线相比能量较低，只能使原子的 价电子电离，用于研究价电子和能带结构的 特征。 AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到 的俄歇电子谱强度较大。 光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很 短，实际能探测的信息深度只有表面几个至十 几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分 析的方法。
同济大学化学系X射线光电子能谱 紫外光谱在化学中的应用祝全敬
X射线光电子能谱（简称XPS） （X-Ray Photoelectron Spectroscopy)
XPS用途
物质表面的元素组 表面 成和化学状态
主要内容
表面能谱技术简介及发展历史
XPS技术的原理 XPS技术的定性及定量分析手段 XPS在化学中的应用
H C C H
平位 面阻 好小
H C C
H
大共轭
λ ε
max=295nm max=27000
λ ε
max=280nm max=10500
1,2-二苯乙烯的反式(a)和顺式(b)结构
4
光源
单色器
吸收池
检测器
显示系统
上面是UV-Vis方法的基本部件 光学法有共同点
紫外-可见吸收光谱的应用
Ｘ射线源
XPS中最常用的X射 线源主要由灯丝、 栅极和阳极靶构成。
要获得高分辨谱图和减少 伴峰的干扰，可以采用射 线单色器来实现。即用球 面弯曲的石英晶体制成， 能够使来自X射线源的光 线产生衍射和“聚焦”， 从而去掉伴线和韧致辐射， 并降低能量宽度，提高谱 仪的分辨率。
双阳极X射线源示意图
电子能量分析器
§1 电子能谱的基本原理
基本原理就是光电效应。
能量关系可表示：
hv E b E k E r
电子结合能
电子动能 原子的反冲能量
Er 1 M ma* 2 2
忽略 E r (<0.1eV）得
hv E k Eb
对孤立原子或分子， E Ebb 就是把电子从所在轨道 移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。
数据处理介绍
参考书目
1，《X射线光电子能谱分析》，刘世宏，王当憨， 潘承璜著，科学出版社，1988。 2 ，《电子能谱基础》，潘承璜，赵良仲著，科学 出版社，1981。
3 ，《电子能谱学（ XPS/XAES/UPS ）引论》，王建 祺，吴文辉，冯大明著，国防工业出版社，1992。 4，其他电子书
XPS的研究由于二战而中止，二战后利哈伊（Lehigh）大学的 Steinhardt和Serfass更新了XPS以用于表面化学分析，1951年报 道了表面对谱的影响。 后来，瑞典物理学家凯· 西格巴恩(Siegbahn)和他在乌普萨拉 (Uppsala)的研究小组在研发XPS设备中获得重大进展。于1954年 获得了氯化钠的首条高能高分辨X射线光电子能谱，显示了XPS技 术的强大潜力。
电子能谱简介
根据激发源的不同，电子能谱又分为: 1,X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer) 2,紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 3,俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer) 4,高分辨电子能量损失谱(简称HREELS) (High-Resolution Electron Energy Loss Spectrometer)