实例说明:上图中,对于Zn元素而言,Zn 2p强度最大、峰宽最小,对称性最好,是Zn元素的主谱线。而除了主谱线Zn 2p之外,其实还有Zn 3s、Zn 3p和Zn 3d等其它谱线,这是因为Zn元素有多种内层电子,因而可以产生多种In XPS信号。
标定顺序
(1)利用污染碳的C1s或其他方法扣除荷电效应,常见方法是以测量值和参考值(284.8eV)之差作为荷电校正值(Δ)来矫正谱中其他元素的结合能,整个过程中XPS谱图强度不变;
(2)鉴别总是存在的元素谱线,如C、O的谱线;
(3)鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线;
(4)鉴别剩余的弱谱线假设它们是未知元素的最强谱线。
实例说明:Appl. Surf. Sci., 2017,400, 110-117. 采用XPS全谱分析来说明Pb成功掺杂到TiO2中。
自旋-轨道分裂(SOS)
由于电子的轨道运动和自旋运动发生耦合后使轨道能级发生分裂。对于l>0的内壳层来说,用内量子数j(j=|l± ms|)表示自旋轨道分裂。即若l=0 则j=1/2;若l=1则j=1/2或3/2。除了s能级是单峰外,p、d、f都分裂为双峰。
实例说明:Langmuir, 29, 5573-5580:上图所示为ZnO的XPS谱图,图中Zn 2p裂分成2p3/2和2p1/2双峰。
重要意义:对于某一特定价态的元素而言,其p、 d、 f 等双峰谱线的双峰间距及峰高比一般为一定值。p峰的强度比为1:2;d线为2:3;f线为3:4。对于p峰,特别是4p线,其强度比可能小于1:2。
高分辨谱定性分析元素的价态主要看两个点
(1)可以对照标准谱图值(NIST数据库或者文献值)来确定谱线的化合态;
(2)对于p,d, f等具有双峰谱线的(自旋裂分),双峰间距也是判断元素化学状态的一个重要指标。
实用XPS定量分析方法可以概括为标样法、元素灵敏度因子法和一级原理模型。目前XPS定量分析多采用元素灵敏度因子法,该方法利用特定元素谱线强度作参考标准,测得其它元素相对谱线强度,求得各元素的相对含量。
定量分析方法步骤
(1)扣除背景(Shirley,Linear,Touggard);
(2)测量峰面积(必要时进行峰拟合);
(3)应用灵敏度因子;
(4)计算原子浓度。