X射線光電子能譜學

X射線光電子能譜學 （ 英文 ： ， 簡稱 ） 是一種用於測定材料中元素構成 、 實驗式 ， 以及其中所含元素化學態和電子態的定量能譜技術 。 這種技術用X射線照射所要分析的材料 ， 同時測量從材料表面以下1納米到10納米範圍內逸出電子的動能和數量 ， 從而得到X射線光電子能譜 。 X射線光電子能譜技術需要在超高真空環境下進行 。 在幾十個毫巴氣壓下分析樣品的常壓XPS技術也有所發展 。 XPS是一種表面化學分析技術 ， 可以用來分析金屬材料在特定狀態下或在一些加工處理後的表面化學 。 這些加工處理方法包括空氣或超高真空中的壓裂 、 切割 、 刮削 ， 用於清除某些表面污染的離子束蝕刻 ， 爲研究受熱時的變化而置於加熱環境 ， 置於可反應的氣體或溶劑環境 ， 置於離子注入環境 ， 以及置於紫外線照射環境等 。 XPS也被稱作ESCA ， 這是化學分析用電子能譜學  的簡稱 。 XPS能夠檢測到所有原子序數大於等於3的元素 （ 即包括鋰及所有比鋰重的元素 ） ， 而不能檢測到氫和氦 。 對大多數元素而言的檢出限大約爲千分之幾 ， 在特定條件下檢出極限也有可能達到百萬分之幾 ， 例如元素在表面高度集中或需要長時間的累積時間 。 XPS被廣泛應用於分析無機化合物 、 合金 、 半導體 、 聚合物 、 元素 、 催化劑 、 玻璃 、 陶瓷 、 染料 、 紙 、 墨水 、 木材 、 化妝品 、 牙齒 、 骨骼 、 移植物 、 生物材料 、 油脂 、 膠水等 。 XPS可以用來測量 ： 表面的元素構成 （ 通常範圍爲1納米到10納米 ） 純淨材料的實驗式 不純淨表面的雜質的元素構成 表面每一種元素的化學態和電子態 表面元素構成的均勻性 進行X射線光電子能譜技術可以採用商業公司或個人製造的XPS系統 ， 也可採用一個基於同步加速器的光源和一臺特別設計的電子分析器組合而成 。 商業公司製造的XPS系統通常採用光束長度爲20至200微米的單色鋁Kα線 ， 或者採用10至30微米的複色鎂射線 。 某些經特殊設計的少數XPS系統可以用於分析高溫或低溫下的揮發性液體和氣體材料 ， 以及在壓強大約爲1託的真空下進行工作 ， 但這類XPS系統通常都相對少見 。 由於對特定波長的X射線 ， 其能量是已知的 ， 對於每一個出射電子所具有的電子結合能可以由下面公式求出 ： 其中是電子結合能 ， 是所用的X射線的光子的能量 ， 是被測量到的電子的動能 ， 是能譜儀 （ 而不是材料 ） 的功函數 ， 與材料表面相關 。 這一公式是基於歐內斯特 · 盧瑟福在1914年的工作得來的 。