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仪器型号：美国Thermo ESCALAB 250XI X射线光电子能谱仪；美国Thermo ESCALAB XI+ X射线光电子能谱仪；美国Thermo Scientific Nexsa X射线光电子能谱仪
测试周期：2-5个工作日
X射线光电子能谱（XPS）
X射线光电子能谱技术（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）是一种表面分析方法， 使用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来，被光子激发出来的电子称为光电子，可以测量光电子的能量和数量，从而获得待测物组成。XPS主要应用是测定电子的结合能来鉴定样品表面的化学性质及组成的分析，其特点在光电子来自表面10nm以内，仅带出表面的化学信息，具有分析区域小、分析深度浅和不破坏样品的特点，广泛应用于金属、无机材料、催化剂、聚合物、涂层材料矿石等各种材料的研究，以及腐蚀、摩擦、润滑、粘接、催化、包覆、氧化等过程的研究。
2. X射线光电子能谱（XPS）基本原理
XPS是基于光电效应来进行表面分析的。
如图1所示，用能量为hν的特征X射线照射待测样品表面，光子将其全部能量转移给原子或分子中的束缚电子;由于X射线能量较高，主要是原子内层轨道上的电子被电离成自由电子。通过能量分析器和光电倍增管检测出射电子的能量及数量，根据爱因斯坦光电发射方程(Ek=hν－EB，其中:Ek为出射电子的动能;EB为样品中电子的结合能;hν为入射光子的能量)即可计算出样品的结合能。以被测电子的动能或结合能为横坐标，出射电子的数目为纵坐标即可绘制出被测样品的X射线光电子能谱图。
1. 样品要求
1) 粉末样品提供10mg以上，量少请用称量纸包好再装到管子里寄送；
2) 块状/薄膜：长宽厚不超10*10*5mm。如果样品尺寸大于5*5*3mm，会按尺寸增加费用；
3) 样品应充分干燥，高分子样品在送样前应进行干燥处理。若含有高挥发性分子等请务必烘烤。
2. 制样方式
1) 需要在真空条件下测试，所以只能测试干燥样品。 （含有挥发性物质，如未干燥样品、含有挥发性有机溶剂、S、F、I、Br、Hg、Cl、P等元素需要特别注意，需要写清楚存在形式和含量，确认可以测再送样，不然无法安排测试）；
2) 液体样品无法直接测试，需要滴到某个基底上干燥之后再测，一般建议客户自己处理；
3) 容易氧化、容易吸水、容易收到污染的样品，一般兑换客户自己真空或者惰性气体保护之后，密封保存，制样之后再打开，如果要求特别高的话，可以推荐客户手套箱制样。
3. 注意事项
1) 原子百分含量小于5%的元素可能测不出明显信号！元素窄谱测试默认测最强峰轨道，H,He元素不可以测试，元素Li-Mg测试1s轨道,Al-Zn测试2p轨道,Ga-Dy测试3d轨道,Ho-Lu测试4d轨道,Hf-Cm测试4f轨道。如有特殊要求请备注；
2) 默认是一个样品测试一个位置，需要测试多个位置按照多个样品计费；
3) XPS测试需要量较少，为避免样品污染造成的后果，一般不安排样品回收；
4) 计算元素数量时,同一元素如需测试多个轨道峰，请务必写出，并算作多个元素收费；
5) XPS属于半定量分析，看含量误差较大。特别是对于C元素定量以及多孔材料的元素定量；
6) XPS测试一个样品测试一个位置，属于微区测试（常规光斑500um以下），检测深度大概3-5nm。如果材料特殊，或者需要深度分析，需要刻蚀；
7) XPS测试一般用环境中污染碳校准（C1s：284.8eV），一般测试数据不进行矫正，需要自己进行矫正；
8) 原位测试测试费用以及时间具体咨询。
测不了H和He元素，其他元素都可以测。
当用XPS测量绝缘体或者半导体时，由于光电子的连续发射而得不到电子补充，使得样品表面出现电子亏损，这种现象称为“荷电效应”。荷电效应将使样品表面出现一稳定的电势Vs，对电子的逃离有一定束缚作用。因此荷电效应将引起能量的位移，使得测量的结合能偏离真实值，造成测试结果的偏差。在用XPS测量绝缘体或者半导体时，需要对荷电效应所引起的偏差进行校正(荷电校正的目的)，称之为“荷电校正”。 一般采用外来污染碳的C1s作为基准峰来进行校准。以测量值和参考值(284.8 eV)之差作为荷电校正值(Δ)来矫正谱中其他元素的结合能。
XPS测试受元素含量影响很大，在检测元素含量较低的时候，出来的峰就会很杂乱，XPS对每个元素的检测下限不一致，但一般对轻质元素检测限较高，重质元素检测限较低。
xps测试区域为500um的光斑，检测光斑之内的元素信息，如果检测结果中该元素含量较低，可能原因有： 1. 实际元素含量低； 2. 样品分布不均，有的地方含量高，有的地方含量低，检测时扫到了含量低的位置导致出来结果与于其不一致； 3. 样品收到空气污染，因为XPS检测一般在5nm左右，在表面受到污染之后，把需要检测的元素覆盖起来了，仪器检测不到，这样的话需要进行刻蚀，将表面清理干净后测试。
1. XPS表面分析，容易收到外界影响； 2. XPS是半定量分析，含量比例受到检测元素的影响，主要采用灵敏度因子法，灵敏度因子是基于标准样品获得的，实际样品与标准样品肯定有偏差，所以得到的定量数据就是半定量的数值。
全谱主要是用来定性分析的，设置参数的步长比较大，含量低的在全谱里扫不出谱峰。但是精细谱扫出谱峰就表示有该元素。
看波动大小，越小越好；还要看对应的物理意义。波动如下图所示。具体拟合几个峰，要参考样品本身的情况，以及拟合的贴合度，没有严格的界定哪个更好。
使用Al Kα X-ray会出现的重叠谱峰，当有重叠谱峰的时候直接定量的结果不能参考。下方是常见的一些重叠谱峰的情况，解决方法是a.通过分峰拟合（这个是数据分析的内容）后再重新定量，b.测试其他轨道的峰，需要备注相应的轨道，默认是测试最强峰，c.如果是与部分元素的俄歇峰重叠，建议可以更换靶材试试，比如Mg靶常见重叠谱峰有Li1s&Co3p；B1s&P2s；C1s&Ru3d5/2,Ru3d3/2；C1s&K2p；O1s&NaKLL；O1s&Pd3p3/2；O1s&Sb3d5/2；N1s&Mo3p3/2；N1s&GaLMM；Al2p&Pt4f5/2；Si2p&Pt5s；Mo3d5/2&S2s；Ta4f&O2s；Co2p&FeLMM；Mn2p&NiLMM；W4f&Zr4p；Al2p&Cu3p。
XPS光斑只有500μm大小，深度只有3-5nm，是表征样品表面的。
1. 先确定分析数据前数据是否校准； 2. 校准的方式和数据是否和文献一致； 3. 每个设备都有分辨率，XPS用铝靶的能量分辨率是在小于等于0.05eV范围，如果参考值在正负0.05eV之间变动，可认为没有什么区别； 4. 确定自己的化学价态是否在这个范围内，一个化学价态是对应一个结合能范围。
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