X射线光电子能谱数据处理及分峰步骤1
实验讲义--X射线光电子能谱分析
1 引言固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。
目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。
AES分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。
SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。
但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。
本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。
X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。
该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。
由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn 获得了诺贝尔物理奖。
三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。
XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。
XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。
目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。
在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。
在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6微米大小, 使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。
图像XPS技术的发展，大大促进了XPS在新材料研究上的应用。
在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。
X射线光电子能谱分析法
X射线光电子能谱分析法X射线光电子能谱分析法（XPS）是一种常用的表面分析技术，它通过测量材料表面的X射线光电子能谱来研究材料的化学组成、表面形貌以及表面电子结构等信息。
XPS技术具有高表面分辨率、高化学分辨率和宽能量范围等优点，被广泛应用于材料科学、表面科学和界面科学等领域。
下面将详细介绍XPS的原理、仪器结构、测量步骤以及应用。
XPS的原理：XPS基于光电效应，即当光子与物质相互作用时，能够使物质中的电子获得足够的能量从而被抛出。
通过测量被抛出的光电子的能量以及其强度，可以得到材料表面的各种信息。
XPS谱图由两个平行的轴表示，一个是电子能量轴，用来表示光电子的能量，另一个是计数轴，用来表示光电子的强度。
XPS的仪器结构：XPS的典型仪器结构包括光源、透镜系统、分析室、光电子能谱仪、多道分析器和检测器等部分。
其中，光源产生具有特定能量和强度的X射线，透镜系统用于聚焦X射线到样品表面，分析室用于保持真空环境，并可进行样品的表面清洁和预处理，光电子能谱仪用于测量光电子能谱，多道分析器用于对光电子的能量进行分析，检测器用于测量光电子的强度。
XPS的测量步骤：1.样品表面处理：对于有机材料，样品表面可能存在有机污染物，需要通过加热或离子轰击等方法进行表面清洁。
对于无机材料，一般不需要进行表面处理。
2.真空抽取：将样品放入真空室中，并进行抽取，以保证测量时的真空环境。
3.光源和透镜系统调节：调节光源的能量和透镜系统的聚焦，使其能够产生精确的X射线束。
4.测量样品表面：将样品置于X射线束中，测量样品表面的X射线光电子能谱。
5.数据分析：对测量得到的光电子能谱进行分析，得到材料的化学组成、表面形貌以及表面电子结构等信息。
XPS的应用：1.表面化学组成分析：XPS可以确定材料表面的元素组成和化学状态，对于催化剂、薄膜材料等具有重要意义。
2.表面形貌研究：通过测量不同位置的XPS谱图，可以了解材料表面的形貌特征，如晶体结构、晶粒尺寸等。
XPS数据分析方法
XPS数据分析方法XPS数据分析方法指的是通过使用X射线光电子能谱（XPS）来研究材料表面元素的组成、化学状态、分布以及电荷状态等信息的一种分析方法。
XPS是一种非破坏性的表面分析技术，主要用于材料科学、化学、物理、能源等领域的表面和界面分析。
下面是关于XPS数据分析方法的一些内容。
1.XPS原理XPS是基于光电离现象的一种分析技术。
当实验样品暴露在具有一定能量的X射线束下时，样品表面的原子会被激发，其中部分电子会被激发到费米能级以上，形成X射线光电子。
这些光电子经电场作用会被收集并形成能谱。
通过分析能谱可以得到样品表面元素的信息。
2.XPS数据处理XPS实验获得的原始数据包含了来自不同元素的能量信号，以及其他噪声信号。
数据处理旨在提取出有用的能量信号，并将其定性和定量分析。
常见的数据处理步骤包括信号峰形辨认、能量校正、背景修正和分峰拟合等。
3.峰形辨认峰形辨认是将实验数据中的峰与相应的元素进行匹配的过程。
每个元素具有特定的光电子能量，因此可以通过比较实验获得的能谱与已知元素的能谱进行匹配，确定元素的存在。
4.能量校正能谱中的能量量度需要进行校正，以获得准确的能谱峰位置。
能量校正的常用方法是通过硬币吸收边界（coinicidence absorption edge）或内部参考能谱进行校正。
这样可以消除能量测量中的偏差。
5.背景修正实验信号中常常会包含一些背景信号，如弹性散射信号、底部信号等。
这些背景信号对于准确的数据分析来说是干扰因素，需要进行背景修正。
背景修正的方法可以是线性背景修正或曲线拟合法。
6.分峰拟合分峰拟合是基于已知的能量峰进行曲线拟合，以确定元素在样品中的化学状态和相对丰度。
常见的拟合函数包括高斯函数、洛伦兹函数和Pseudo-Voigt函数等。
7.数据分析通过对能谱的峰进行定量分析，可以获得材料表面元素的组成和相对丰度。
此外，还可以通过分析峰的形状和位置得到元素的化学状态信息。
通过与已知物质的对比，可以推测样品的化学成分，并深入了解材料的特性。
ce元素xps分峰
ce元素xps分峰X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）是一种常用的表面分析技术，可以对材料表面的成分、化学态和电子结构进行非破坏性分析。
在XPS分析中，样品表面被X射线照射后，样品上的原子会吸收X射线的能量并产生光电子。
这些光电子的能量和强度可以用来确定样品的化学成分，并提供关于原子的电子结构信息。
XPS分析可以在固体表面、气体表面和液体表面进行，适用于不同的材料和样品类型。
在XPS谱图中，光电子能量沿X轴排列，光电子峰强度沿Y轴表示。
不同元素的光电子峰出现在不同的能量位置和峰形，可以用来识别样品中的不同元素。
常见的元素包括碳、氧、氮、硫等。
我们以碳元素的XPS分峰为例，探讨XPS谱图的解读和分析。
碳元素的XPS分析通常以C1s光电子峰为主要参考。
C1s光电子峰位于284.4eV附近，代表了碳元素在样品表面的电子结构和化学态。
除了C1s峰外，还可以观察到其他碳元素相关的峰，如C2s、C2p等。
除了峰形，峰的能量位置也是XPS分析中重要的信息。
不同元素的光电子峰能量位置有所不同，可以用来识别样品中的元素成分。
例如，C1s峰位于284.4eV，而O1s峰位于531.0eV附近。
通过观察不同元素的峰能量位置，可以判断样品中的元素含量和化学状态。
在XPS分析中，还可以通过比例积分峰面积来确定不同元素的相对含量。
根据光电子的逃逸深度和电子收集效率，可以校正不同元素的峰面积，得到准确的元素含量。
这种定量分析方法可以应用于不同样品和不同元素的XPS分析。
总的来说，XPS分析通过观察样品表面的光电子峰能量和峰形，可以确定样品的化学成分和电子结构。
不同元素的光电子峰能量位置不同，可以用来识别样品中的元素成分。
通过比例积分峰面积，可以定量分析不同元素的相对含量。
XPS分析是一种非常有用的表面分析技术，广泛应用于材料科学、化学和生物科学等领域。
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XPS分峰的分析实例
XPS分峰的分析实例X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）是一种广泛应用于材料表征和化学分析的表面分析技术。
它通过测量材料表面的电子能级分布来研究材料的组成、化学状态以及电子结构。
本文将以一种常见的XPS的应用例子，解释如何进行XPS分峰分析。
假设我们需要对一种金属样品进行表面分析，需要确定该样品中不同氧化态的金属含量。
首先，我们将准备好待测的金属样品，并通过紫外光照射来清洁表面。
然后，样品将被放置在真空环境中，以防止气体干扰。
在XPS仪器中，我们将使用一束高能量的X射线照射金属样品。
金属样品与X射线交互作用会使得样品表面的电子被激发并从表面逸出。
这些逸出的电子会被聚焦的电子能量分析器接收，并测量其能量和相对强度。
通过分析电子能谱，我们可以确定逸出电子的能量与金属样品中的化学状态和元素含量有关。
在XPS电子能谱中，我们将观察到多个能量峰，每个峰代表了特定元素或化学态的电子。
为了从电子能谱中分析出不同分峰的信息，通常需要进行光谱拟合。
这个过程涉及到将实际测量到的电子能谱与模拟的峰形函数进行匹配，以确定每个分峰的能量位置和相对强度。
例如，对于我们的金属样品，可能会观察到一个主要的金属峰和一个氧化金属峰。
为了分析这两个分峰，我们将使用高斯-洛伦兹函数进行拟合，其中高斯函数用于样品的金属峰，洛伦兹函数用于氧化金属峰。
通过对实验数据进行适当的调整，我们可以确定每个分峰的中心能量和相对峰高（即峰强度）。
最后，通过分析得到的拟合结果，我们可以得出关于金属样品的重要结论。
我们可以确定金属样品中不同氧化态的金属含量，并确定样品中存在的其他元素和化学状态。
总之，XPS分峰分析是一种常见的表面分析技术，可用于确定材料的化学组成、电子结构和表面性质。
通过仪器的X射线照射和电子能谱的测量，可以分析表面材料中不同元素和化学态的含量。
通过拟合分析，可以确定每个分峰的中心能量和相对强度，进一步理解材料的性质和组成。
X射线光电子能谱分析(XPS)
第18章X射线光电子能谱分析18.1 引言固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。
目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。
AES 分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。
SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。
但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。
本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。
X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。
该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。
由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。
三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。
XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。
XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。
目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。
在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。
在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6μm大小, 使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。
图像XPS技术的发展，大大促进了XPS在新材料研究上的应用。
在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。
X射线光电子能谱分析
X射线光电子能谱分析X射线光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）是一种用来表征材料表面元素化学状态和电子能级分布的表征技术。
它利用X射线照射材料表面，测量和分析材料表面光电子的能谱，通过分析能谱图可以得到有关材料的化学组成、表面化学键的种类和键长、元素的电子与核心电子之间的相互作用等信息。
本文将对X射线光电子能谱分析技术的原理、仪器设备及应用领域进行详细介绍。
X射线光电子能谱分析的原理可以用以下几个步骤来概括：首先，用X射线照射材料表面，激发材料表面的原子和分子。
然后，从激发的原子和分子中发射出光电子。
这些光电子的能量与产生它们的原子或分子的能级差有关。
最后，测量和分析这些光电子的能谱，从而得到材料表面的化学组成和电子能级分布信息。
为了进行X射线光电子能谱分析，需要使用专门的仪器设备，包括X射线源、能量分辨光电子能谱仪和电子能谱仪。
X射线源通常使用非常亮的单晶或多晶X射线管。
光电子能谱仪用来测量光电子的能谱，并将所获得的信号转化为能谱图。
电子能谱仪则用来检测、放大和记录电子能谱图。
X射线光电子能谱分析可以在多个领域应用，具有广泛的研究意义和实际应用价值。
在材料科学领域，它可以用来表征材料表面的成分和化学状态，研究材料的性质和行为；在表面科学领域，它可以研究表面的形貌和变化，探索表面的特性和反应；在催化剂和材料化学领域，它可以分析催化剂的表面状态和反应过程；在电子器件和光学器件领域，它可以研究界面和界面化学反应的机理等。
总结起来，X射线光电子能谱分析是一种非常重要的表征技术，可以提供关于材料表面的成分、化学状态和电子能级分布等信息。
通过XPS技术，可以探索材料的性质、表面的形貌以及材料的化学反应机理等，对于材料科学、表面科学、催化剂和电子光学器件等领域的研究和应用具有重要意义。
xps 作图说明
双阳极Mg靶 Al kα hν=1253.6 eV
（无特殊说明都是用单色化Al靶 ） 样品分析区域：300×700 μm 信息采集深度：无机样品≤ 5nm 有机样品≤ 10nm。
二、测试条件
PDF -1 号文件： Res：160 通能为 160eV Sweeps： 采集次数 Anode：Mono（Al（Mono））（225W）功率为225W，一 般采用150W Charge Neetraiser：On 表明中和枪打开，如若用casaxps处 理数据 需要荷电校正，不导电样品以C 1s 以284.8 eV为标准， excel中的数据无需荷电校正处理。
Ｘ射线光电子能谱 数据处理
分析测试中心 刘玲玲
20170510
目录
• • • • • • 一、仪器型号 二、测试条件 三、元素含量 四、已经处理好的数据作图 五、xpspeak 六、casapeak
一、仪器型号
仪器型号：Axis Ultra DLD 公司：Shimadza-Kratos X射线源：单色化Al靶 Al kα hν=1486.6 eV
3、背景扣除
这样是 不是更 完美
扣背景类型
4、分峰
• 点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择 s、p、d、f等峰类型（一般选s），在 Position处选择希望的峰位，需固定时则点 fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWHM）、 峰面积等。（对于Li 1s - Mg 1s 一个峰代表 一种化学 状态），重复 Add peak加峰。
C 1s举例
有能级分裂峰举例
• 对于p，d，f轨道的峰会发生能级分裂，一 般有两个峰，可用constraints来固定此峰与 另一峰的关系，如Sn3d5/2和Sn3d3/2的峰位间 距可固定为8.41eV，峰面积比可固定为3:2 等。点Delete peak可去掉此峰。然后再点 Add peak选第二个峰，如此重复。
光电子能谱(XPS)课程
能量分辨率 = f(E0, R0, 接受角 ,缝宽 fs)
E为扫描步长 一般测试为固定通能，整个 能量标尺分辨率恒定
延迟线检测器
磁浸透镜接受方位角
q
1
q2 q1 IRIS
q
2
iris
iris
Sample
Magnetic Mode : q1 = ± 15 degrees q2 = ± 7 degrees
能量分析器
即球面电极电 压V1<V0, 其中 V1外球面接地， V0内球面。
具有动能为E0 (通能 Pass Energy)的电子通过半球型能量分析器
R R E0 e V 2 1 R1 R2
E f s + (d)2 E0 2R 0
1
一般测试为固定通能，固定 分析器电压，改变透镜电压
价电子：能带分析和逸出功测试； 深度剖析：角分辨和离子溅射剖析，表面/界面分析，厚度分析；
最常用的表面与微区分析技术典型的测试深度
Contact angle TOF SIMS Raman LEXES ICPMS GDMS
SEM
STEM
EDS
XPS AES
TXRF
FTIR
XRR
XRD
RBS
3 nm 10 nm
导带：由自由电子形成的能量空间。
Evac 界面 EC EF EV EGa 3d (EV-EGa 3d )b =18.81eV EGa 3d n型GaAs表面的能带图
EGa 3d 为n型GaAs的最浅芯能级，He II激发的UPS谱中精确测定，(EV-EGa 3d )b 是GaAs体 内Ga 3d能级到价带顶的能量间隔，可采用文献报道的精确值。 EF-EVS =EGa 3d -(EV-EGa 3d )b ,由于禁带宽度Eg ＝Ec －EV = EcS －EVS ，表面势垒高度ΦB 和 电子亲和势I、测定的样品功函数W的关系：I＝W－ΦB