x射线光电子能谱仪原理

机械仪器

X射线光电子能谱仪（XPS）基于爱因斯坦光电效应原理工作。当X射线（如Al Kα射线，能量为1486.6eV）照射样品表面时，光子能量被原子内层或价电子吸收，电子克服结合能和功函数后以光电子形式发射。通过测量光电子动能（Ek），结合公式 Eb = hv - Ek - φ（Eb为结合能，hv为X射线光子能量，φ为仪器功函数），可计算电子结合能。

由于不同元素的原子轨道结合能具有特征性，且化学环境变化会导致结合能偏移（化学位移），XPS可定性分析除H、He外的所有元素，并确定其化学态（如氧化态、官能团）。仪器通过半球能量分析器筛选光电子能量，结合离子刻蚀技术还能实现元素深度分布分析，检测深度通常小于10纳米，广泛应用于材料表面化学态研究。