光电子能谱

光电子能谱的定义

光电子能谱（photoelectron spectroscopy），利用光电效应的原理测量单色辐射从样品上打出来的光电子的动能（并由此测定其结合能）、光电子强度和这些电子的角分布，并应用这些信息来研究原子、分子、凝聚相，尤其是固体表面的电子结构的技术。对固体而言，光电子能谱是一项表面灵敏的技术。虽然入射光子能穿入固体的深部，但只有固体表面下20～30埃的一薄层中的光电子能逃逸出来（光子的非弹性散射平均自由程比电子的大10～10倍）, 因此光电子反映的是固体表面的信息。

光电子能谱的分类

根据光源的不同，光电子能谱可分为：

1、紫外光电子能谱UPS（Ultroviolet Photoelectron Spectrometer）：分析价层轨道里的电子的能量和作用。可以获得很多关于分子的稳定性，反应性等信息。但是由于电子的跃迁和振动能级有作用，和分子对称性相关极为紧密。图谱解析复杂。仪器要求较高。 　

2、X射线光电子能谱XPS(X-Ray Photoelectron Spectrometer ）：用来（定性）分析原子在化合物中的价态，和化合形态。仪器简单，光谱解析简单。

3、俄歇电子能谱AES(Auger Electron Spectrometer)：属于二次电子能谱法。多用于对固体，或凝聚态物质进行元素和价态的分析。图谱简单，仪器要求较高。常用来和X射线光电子能谱,荧光光谱，互补联合使用。 　　

光电子能谱的基本原理

光电子能谱所用到的基本原理是爱因斯坦的光电效应定律。材料暴露在波长足够短（高光子能量）的电磁波下，可以观察到电子的发射。这是由于材料内电子是被束缚在不同的量子化了的能级上，当用一定波长的光量子照射样品时，原子中的价电子或芯电子吸收一个光子后，从初态作偶极跃迁到高激发态而离开原子。最初，这个现象因为存在可观测得光电流而称为光电效应；现在，比较常用的术语是光电离作用或者光致发射。若样品用单色的、即固定频率的光子照射，这个过程的能量可用Einstein关系式来规定： 　　
hν=Ek+Eb 　　
式中hν为入射光子能量，Ek是被入射光子所击出的电子能量，Eb为该电子的电离能，或称为结合能。光电离作用要求一个确定的最小光子能量，称为临阈光子能量hν0。对固体样品，又常用功函数这个术语，记做φ。 　　

对能量hν显著超过临阈光子能量hν0的光子，它具有电离不同电离能（只要Eb
光电子能谱的应用

光电子能谱的应用主要有以下两方面： 　
　
(1) 测定在各个被占据轨道上电子电离所需要的能量，为分子轨道理论提供实验依据。
　　
(2) 研究固体表面组成和结构
a. 表面的化学状态，包括元素的种类和含量，化学价态和化学键的形成等； 　　
b. 表面结构，包括宏观和表面的形貌，物相分布，元素分布及微观的原子表面排列等； 　　
c. 表面电子态，涉及表面的电子云分布和能级结构。