灵敏度因子灵敏度因子教程文件.ppt

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1、灵敏度因子灵敏度因子实用XPS定量方法可以概括为标样法，第一性原理模型和元素灵敏度因子法。标样法需制备一定数量的标准样品作为参考，且标样的表面结构和组成难于长期稳定和重复使用，故一般实验研究均不采用。目前XPS定量分析多采用元素灵敏度因子法。该方法利用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素相对谱线强度，求得各元素的相对含量。6.1.1、第一性原理模型(FirstPrincipleModel)从光电子发射的“三步模型”出发，将所观测到的谱线强度和激发源，待测样品的性质以及谱仪的检测条件等统一起来考虑，形成一

2、定的物理模型。由于模型涉及较多的因素，目前还缺乏必要精度的实验数据，因此一级原理模型计算还未得到真正应用。其中:Iij为i元素j峰的面积，K为仪器常数，T(E)为分析器的传输函数，Lij()是i元素j轨道的角不对称因子，ij为表面i元素j轨道的的光电离截面，ni(z)为表面i元素在表面下距离z处的原子浓度，(E)为光电子的非弹性平均自由程，θ是测量的光电子相对于表面法线的夹角。6.1.2、元素灵敏度因子法原子灵敏度因子--由标样得出的经验校准常数。该方法利用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素相对

3、谱线强度，求得各元素的相对含量。元素灵敏度因子法是一种半经验性的相对定量方法。对于单相均匀无限厚固体表面:因此，式中Sij=KT(E)Lij()ij(E)cosT(E)ij(E)定义为原子灵敏度因子，它可用适当的方法加以计算，一般通过实验测定。可取SF1s=1作为标准来确定其它元素的相对灵敏度因子。ni∝Iij/Sij=Ni(1)、原子百分数的计算归一化面积(NA)由谱峰面积(IA)来计算NA=IA/Si因而样品中任一元素的相对原子浓度由下式算出:113(2)、灵敏度因子灵敏度因子

4、(归一化因子)包括下面几项:X射线电离截面项(特定跃迁将产生多少光电子)分析深度项(并入l值中)传输函数项(谱仪对特定动能电子检测的能力)不同仪器得出的灵敏度因子之间的归一化(比如CMA和HAS之间)113元素的相对灵敏度因子1s2p3d4d4f(3)、原子浓度的计算方法由两不同的数据库计算的归一化面积为:ScofieldNA=PeakArea/SF(Scofield)xE0.6xTFWagnerNA=PeakArea/SF(Wagner)xExTF因而给出原子浓度:136.1.3、定量精确度和误差来源11

5、3使用原子灵敏度因子法进行定量分析：在优化条件下，对每个主峰从ＸＰＳ主峰计算的原子百分数值的定量精确度为90-95%。若使用高水平质量控制规程，精确度能进一步改善。在常规工作条件下，材料表面混合有污染物，报告的原子百分数值定量精确度为80%~90%。以XPS弱峰（其峰强度为最强峰的10-20%）的定量精确度是其真值的60-80%，并依赖于改善信噪比的努力程度。对于任一元素选择具有最大原子灵敏度因子的最强峰定量以最大化检测灵敏度和精确度。定量精密度（重复测量并得到相同结果的能力）是正确报告定量结果的基本考量。

6、95%的置信度是可认为有效的。XPS在一般情形下定量精密度优于98%。定量的不确定性来源定量计算结果中存在的不确定性来源定量精确度取决于几个参数，如信噪比、峰强度测定、相对灵敏度因子的精确度、传输函数修正、表面的体均匀性、电子ＩＭＦＰ的能量相关修正、样品在分析过程中的退化度，样品表面污染层的存在等。峰强度的测定?如何测量峰面积,从什么位置到什么位置,包括什么,什么形状背底等灵敏度因子数据库的精确度?不同的数据库给出不同的结果–哪个更好?传输函数的精确度?对特定仪器传输函数定义的准确程度如何此外元素化学态不同

7、6.1.4、一个定量分析例子一材料的全谱扫描检测到只有碳和氧存在，高分辨C1s和O1s扫描表明分别存在4个和3个子峰。用下面提供的数据计算C/O原子比和每一组分在样品中存在的百分比。同时提出一个关于此样品的化学结构，并给出对应每个子峰的自恰指认。激发源使用AlKX射线。结合能值已对样品荷电进行过校正。C1s和O1s的原子灵敏度因子分别为0.296和0.711。谱峰EB(eV)面积C1s285.02000C1s286.6700C1s289.0700C1s291.6100O1s532.11600O1s533.

8、71685O1s538.785**定量分析例子解：C:C:C:O:O=3:1:1:1:1可能的分子结构：C5mHnO2m或C10HnO46.2深度剖析方法某些情况下我们不仅需要知道表面的性质，而且想要得知样品内部（体相）分布的信息。对非均相覆盖层，需要进行深度分布分析来了解元素随深度分布的情况。ESCALAB250对XPS深度剖析的优化几何设计使其具有极好的深度分辨。低能离子溅射和样品转动进一步改善了数据的品质。