中国斜学我术大室 University of Science and Technology of China 第5章定性分析方法 1. 元素组成鉴别 2.化学态分析
第5章 定性分析方法 1. 元素组成鉴别 2. 化学态分析
定性分析 ，定性分析主要是鉴定物质的元素组成及其化学态。 ,每种元素都会产生一套具有特征结合能的特征 XPS谱峰，可以直接鉴别被分析材料表面存在的 每种元素。这些特征谱峰对应于原子中电子们的 电子组态，如，15,25,2p,35,等等 ,XPS还可以进行官能团分析和混合物分析。 XPS定性分析的相对灵敏度约为0.1%。 ，XPS的表面灵敏特性，再加上非结构破坏性测试 能力和可获得化学态信息的能力，使其成为表面 分析的极有力工具。 中国绅学我术大室 niversity of Science and Technology of China
定性分析主要是鉴定物质的元素组成及其化学态。 每种元素都会产生一套具有特征结合能的特征 XPS谱峰，可以直接鉴别被分析材料表面存在的 每种元素。这些特征谱峰对应于原子中电子们的 电子组态，如, 1s, 2s, 2p, 3s, 等等. XPS还可以进行官能团分析和混合物分析。 XPS定性分析的相对灵敏度约为0.1%。 XPS的表面灵敏特性，再加上非结构破坏性测试 能力和可获得化学态信息的能力，使其成为表面 分析的极有力工具。 定性分析
定性分析 ，由于XPS谱能提供材料表面丰富的物理、化学信 息，所以它在凝聚态物理学、电子结构的基本研 究、薄膜分析、半导体研究和技术、分凝和表面 迁移研究、分子吸附和脱附研究、化学研究（化 学态分析)、电子结构和化学键（分子结构)研 究、异相催化、腐蚀和钝化研究、分子生物学、 材料科学、环境生态学等学科领域都有广泛应用。 它可提供的信息有样品的组分、化学态、表面吸 附、表面态、表面价电子结构、原子和分子的化 学结构、化学键合情况等。 中园斜学我术大室 niversity of Science and Teshnelogy of China
定性分析 由于XPS谱能提供材料表面丰富的物理、化学信 息，所以它在凝聚态物理学、电子结构的基本研 究、薄膜分析、半导体研究和技术、分凝和表面 迁移研究、分子吸附和脱附研究、化学研究（化 学态分析）、电子结构和化学键（分子结构）研 究、异相催化、腐蚀和钝化研究、分子生物学、 材料科学、环境生态学等学科领域都有广泛应用。 它可提供的信息有样品的组分、化学态、表面吸 附、表面态、表面价电子结构、原子和分子的化 学结构、化学键合情况等
5.1、元素组成鉴别 目的： 给出表面元素组成、鉴别某特定元素的存 在性。 ，方法：通过测定谱中不同元素芯光电子峰的结合 能直接进行。将实验谱图与标准谱图相对照，根 据元素特征峰位置（及其化学位移）确定样品中 存在哪些元素（及这些元素的化学态)。 ,依据：元素定性的主要依据是组成元素的光电子 线和俄歇线的特征能量值，因为每种元素都有唯 一的一套芯能级，其结合能可用作元素的指纹。 ，工具：XPS标准谱图手册和数据库 中园绅学我术大草 iniversity of Science and Technology of China
5.1、元素组成鉴别 目的：给出表面元素组成、鉴别某特定元素的存 在性。 方法：通过测定谱中不同元素芯光电子峰的结合 能直接进行。将实验谱图与标准谱图相对照，根 据元素特征峰位置（及其化学位移）确定样品中 存在哪些元素（及这些元素的化学态）。 依据：元素定性的主要依据是组成元素的光电子 线和俄歇线的特征能量值，因为每种元素都有唯 一的一套芯能级，其结合能可用作元素的指纹。 工具：XPS标准谱图手册和数据库
Au、Cr、Mg的轨道列表： 如果谱图中有这些相同能量的峰出现，则可能含有该元素！ Gold Electron Binding Energies Chromium Electron Binding Energies Orbital ev Label Orbital ev Label 1s 80725 K 15 5989 K 2s 14353 25 696 2p1/2 13734 2p1/2 583.8 2P3/2 11919 2p3/2 3s 3425 574.1 3s 74.1 3p1/2 3148 M 2743 3p1/2 42.2 M 3p3/2 M 3d312 2291 3p3/2 M N 42.2 3ds/2 2206 4s 762.1 N 4p12 642.7 Magnesium 4p3/2 546.3 小西 Electron binding energies 4d3f2 353.2 N IV 335.1 Orbital eV Label Ads/2 K 4fs/2 87.6 1s 1303 83.9 2s 88.6 L I 4f712 107.2 2p1/2 5s 49.6 5p12 74.2 2P3/2 49.2 5p3/2 57.2 O 中国绅学我术大享
Au、Cr、Mg的轨道列表： 如果谱图中有这些相同能量的峰出现，则可能含有该元素!
5.1.1、数据采集-全扫描谱(Survey scan) ，对于一个化学成分未知的样品，首先应作全扫描 谱，以初步判定表面的化学成分。在作PS分析时， 全扫描谱能量范围一般取0~1200eV,因为几乎所 有元素的最强峰都在这一范围之内。 通过样品的全扫描谱，在一次测量中我们就可检 出全部或大部分元素。 由于各种元素都有其特征的电子结合能，因此在 能谱中有它们各自对应的特征谱线。所以可根据 这些谱线在能谱图中的位置即可鉴定元素种类。 中国绅学我术大室 iniversity of Science and Technology of China
5.1.1、数据采集-全扫描谱(Survey scan) 对于一个化学成分未知的样品，首先应作全扫描 谱，以初步判定表面的化学成分。在作XPS分析时， 全扫描谱能量范围一般取0∼1200eV，因为几乎所 有元素的最强峰都在这一范围之内。 通过样品的全扫描谱，在一次测量中我们就可检 出全部或大部分元素。 由于各种元素都有其特征的电子结合能，因此在 能谱中有它们各自对应的特征谱线。所以可根据 这些谱线在能谱图中的位置即可鉴定元素种类
般解析步骤 1. 因C,O是经常出现的，所以首先识别C,O的光电子谱线， Auger线及属于C,O的其他类型的谱线； 2. 其次鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线， 利用X射线光电子谱手册中的各元素的峰位表确定其他强 峰对应的元素，并标出其相关峰，注意有些元素的个别 峰可能相互干扰或重叠； 3. 最后鉴别剩余的弱谱线，假设它们是含量低的未知元素 的主峰（最强谱线）； 4. 对于p,d,f谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线 结构，其双峰间距及峰高比一般为一定值（有助于识别 元素)。p峰的强度比为1：2；d线为2：3；线为3：4。 中国绅学我术大李
一般解析步骤 1. 因C, O是经常出现的，所以首先识别C, O的光电子谱线， Auger线及属于C, O的其他类型的谱线； 2. 其次鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线， 利用X射线光电子谱手册中的各元素的峰位表确定其他强 峰对应的元素，并标出其相关峰，注意有些元素的个别 峰可能相互干扰或重叠； 3. 最后鉴别剩余的弱谱线，假设它们是含量低的未知元素 的主峰（最强谱线）； 4. 对于 p，d，f 谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线 结构，其双峰间距及峰高比一般为一定值（有助于识别 元素） 。p峰的强度比为1:2；d线为2:3；f线为3:4
XPS谱图中的元素鉴别 40 OKLL Auger 32 Cu 2p 24 Cu LMM Auger 16 NIs CI2p Cu3s Cu3p 1000 800 er(ev 400 200 中国绅学我术大学 niversity of Science and Technology of China
XPS谱图中的元素鉴别 Cu 2p O KLL Auger O 1s N 1s C 1s Cu LMM Auger Cu 3p Cu 3s Cl 2p
5.1.2、数据采集-高分辨谱(Detail scan) ，对感兴趣的几个元素的峰，可进行窄区域高分辨细扫描。 目的是为了获取更加精确的信息，如结合能的准确位置， 鉴定元素的化学状态，或为了获取精确的线形，或者为了 定量分析获得更为精确的计数，或为了扣除本底或峰的分 解或退卷积等数学处理。 window 2 window I 800 600 400 200 ▣from275 eV up to300eV ▣from675 eV up to700eV 中国绅学我术大学
5.1.2、数据采集-高分辨谱(Detail scan) 对感兴趣的几个元素的峰，可进行窄区域高分辨细扫描。 目的是为了获取更加精确的信息，如结合能的准确位置， 鉴定元素的化学状态，或为了获取精确的线形，或者为了 定量分析获得更为精确的计数，或为了扣除本底或峰的分 解或退卷积等数学处理
氟处理的聚合物例子 F1s C-C-F C-F C-O c-2 C-F3 CF-CFx C-c F KLL 296292 288 284280 01s C1s F 2s A 1000 800 600 400 200 Binding Energy (eV) 中国绅学我术大学 University of Science and Technology of China
氟处理的聚合物例子