X射线光电子能谱

X射线光电子能谱学（英文：X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）是一种用於测定材料中元素构成、实验式，以及其中所含元素和的定量技术。这种技术用X射线照射所要分析的材料，同时测量从材料表面以下1纳米到10纳米范围内逸出电子的动能和数量，从而得到X射线光电子能谱。X射线光电子能谱技术需要在超高真空环境下进行。在几十个毫巴气压下分析样品的常压XPS技术也有所发展。 XPS是一种表面化学分析技术，可以用来分析金属材料在特定状态下或在一些加工处理后的表面化学。这些加工处理方法包括空气或超高真空中的压裂、切割、刮削，用於清除某些表面污染的，为研究受热时的变化而置于加热环境，置于可反应的气体或溶剂环境，置于离子注入环境，以及置于紫外线照射环境等。 * XPS也被称作ESCA，这是化学分析用电子能谱学（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）的简称。 * XPS能够检测到所有原子序数大于等于3的元素（即包括锂及所有比锂重的元素），而不能检测到氢和氦。 * 对大多数元素而言的大约为千分之几，在特定条件下检出极限也有可能达到百万分之几，例如元素在表面高度集中或需要长时间的累积时间。 * XPS被广泛应用於分析无机化合物、合金、半导体、聚合物、元素、催化剂、玻璃、陶瓷、染料、纸、墨水、木材、化妆品、牙齿、骨骼、、生物材料、油脂、胶水等。 XPS可以用来测量： * 表面的元素构成（通常范围为1纳米到10纳米） * 纯净材料的实验式 * 不纯净表面的杂质的元素构成 * 表面每一种元素的化学态和电子态 * 表面元素构成的均匀性 进行X射线光电子能谱技术可以采用商业公司或个人制造的XPS系统，也可采用一个基于同步加速器的光源和一台特别设计的电子分析器组合而成。商业公司制造的XPS系统通常采用光束长度为20至200微米的单色铝Kα线，或者采用10至30微米的复色镁射线。某些经特殊设计的少数XPS系统可以用於分析高温或低温下的挥发性液体和气体材料，以及在压强大约为1托的真空下进行工作，但这类XPS系统通常都相对少见。 由于对特定波长的X射线，其能量是已知的，对于每一个出射电子所具有的电子结合能可以由下面公式求出： 其中是电子结合能，是所用的X射线的光子的能量，是被测量到的电子的动能，是（而不是材料）的功函数，与材料表面相关。这一公式是基于欧内斯特·卢瑟福在1914年的工作得来的。