-表面元素化学分析（1）-
仪器结构 ✦ 基本原理 ✦ 应用范围
X射线光电子能谱仪由进样室、超高真空系统、X射线激发源、离子源、能量分析系统及计算机数据采集和处理系统等组成。其中，激发源、样品分析室及探测器等都安装在超高真空系统中，原因在于，在超高真空下光电子可以避免与残余气体分子发生碰撞损失，另一方面样品表面也可以避免吸附残余气体分子而影响样品结果。
在超高真空环境下，样品通过传样室传送到分析室，X光源激发到样品上，样品表面的电子被激发出来，经过传输透镜，然后通过电子能量分析器对光电子的动能进行分辨，再通过电子探测器对电子进行计数，最后到达数据采集处理系统进行分析，就可以呈现出最终的X射线光电子能谱。
光电子能谱仪的原理示意图
原子由原子核以及绕核运动的电子构成，其中，电子在核外以电子云的形状存在，能量不同的电子分布的概率不同，从而对应的运行轨道不同。对于电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向、电子的自旋方向。
主量子数（n）对应电子层，也称能层，决定了核外电子离核的远近和电子能量的高低，n=1，2，3，4，5，6……（正整数）对应K，L，M，N，O，P……
角量子数（l）对应电子亚层，也称能级，决定了电子在原子核外出现的概率密度随空间角度的变化。l= 0，1，2，3……n-1对应符是s，p，d，f……
磁量子数（m）规定电子运动状态在空间伸展的取向。m的数值可取0，±1，±2……
自旋量子数（ms）, 电子除绕原子核运动外，它本身还做自旋运动,自旋有顺时针和逆时针两个方向分别用±1/2表示。
当电子层越靠近原子核，电子的能量越低，结合能越大，电子越远离原子核，电子的能量越高，电子的结合能则越小。
不同元素的同能级的核外电子结合能存在差异。
❖ 光电发射定律
当元素所处的化学环境不同时，元素核外电荷会进行重新排布，其结合能会有微小的差别，表现为XPS图谱会向高结合能端或低结合能端偏移，也称化学位移。由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。例如某正价态下原子核外会失去电子，其轨道上电子的结合能会增加，负价态下原子核外会得到电子，轨道电子的结合能会降低。
氧化石墨烯（GO）XPS全谱和C1s精细谱
C-C中C1s结合能较低，C-O次之，C=O较高。
对S壳层的电子来说，不发生自旋分裂，在谱图上呈现单峰。而对于 p，d，f 壳层的电子而言，则会由于其分裂为两个能级，在谱图上表现为双峰且两峰的面积比一般为2p1/2:2p3/2=1:2；3d3/2:3d5/2 = 2:3；4f5/2:4f7/2=3:4。
X射线光电子命名方法
本文源自微信公众号：国家石墨烯质检中心 广东
原文标题：《表面化学分析(1)-X射线光电子能谱仪（XPS）之设备结构、基本原理、应用范围》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/lVYLCyjY63-03MiSHuLZuA
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