X線光電子分光
XPSでは試料の表面汚染を防ぐため、10^-7Pa以下の超高真空が必要となる。試料導入部ではターボ分子ポンプとロータリーポンプを組み合わせる。測定部ではオイルを使わないイオンポンプとチタンサブリメーションポンプなどを組み合わせる。他にも拡散ポンプやクライオポンプも使われる。
利点
ほぼあらゆる元素の種類、およびその電子状態がわかる(例えば、Fe(II) とFe(III) が区別できる)。結果にはある程度(有効数字で一桁ほどではあるが)の定量性がある。
物質のごく表面(数ナノメートル)の元素分布がわかる。また、アルゴンエッチングを適宜行うことで深さ方向の元素分布を知ることができる。
導体、絶縁体、無機物、有機物のいずれも測定可能。
欠点
水素とヘリウムは測定できない。
高真空中で固体として安定なものでないと測定できない。
絶縁体は測定中にチャージアップが起こるので再現性が悪い。
X線によって試料がダメージを受けるため、正確に状態を反映しないことがある。
炭素化合物の定量は難しい(装置内を高真空に保つためのポンプ由来のオイルミストや試料に付着した一般的な汚れ(高級脂肪酸などの炭化水素系物質)の存在による)。
物質に数keV程度の軟X線を照射すると、原子軌道の電子が光エネルギーを吸収し、光電子として外にたたき出される。この光電子は E = h ν − E B − φ {\displaystyle E=h\nu -E_{B}-\phi } ( E B {\displaystyle E_{B}} は電子の結合エネルギー、 φ {\displaystyle \phi } は分光器の仕事関数)にしたがったエネルギー値をもつため、X線のエネルギーが一定であれば(すなわち単一波長であれば)、 E B {\displaystyle E_{B}} を求めることができる。
電子の結合エネルギーは元素によって固有なので、元素分析ができる。また結合エネルギーの微妙なシフトは、その元素の化学状態や電子状態(酸化数など)を反映しているため、化学状態を調べることができる。
ターゲットが原子番号の大きな元素の場合、スピン軌道分裂によって2つのピークが出現する。
固体表面を、アルゴンやキセノンなどの希ガスイオンでスパッタリングしながら元素分析や状態分析を行うモード。
数nm程度の深さ分析を行うときは、試料と検出器がなす角度(光電子取り込み角)を変化させることで測定深さを変化させることができる。