一、电子能谱法的特点

(1)可分析除H和He之外的所有元素；可以直接测定来自试样单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。

(2)如果把红外光谱提供的信息称为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称为“原子指纹”。它能提供有关化学键方面的信息，直接测量价层电子及内层电子轨道能级。而相邻元素的同种谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性标识性强。

(3)是一种无损分析。

(4）是一种高灵敏超微量表面分析技术。分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度达10-18g，试样分析深度约2nm。

二、X射线光电子能谱法的应用

X射线光电子能谱法的优点：它是研究表面及界面化学最好的方法之一。可进行多元素同时分析、定性分析、定量分析、化学状态分析、结构鉴定、无损深度剖析、微区分析等；可进行不同形状（如平面、粉末、纤维及纳米结构）材料，包括有机材料的分析（对X射线敏感材料除外），分辨率为0.2eV。随着科学技术的发展，XPS也在不断地完善。目前，已开发出的小面积X射线光电子能谱，大大提高了XPS的空间分辨能力。

1．元素定性分析

元素周期表中每一种元素的原子结构互不相同，原子内层能级上的电子结合能是元素特性的反应，据此可以进行定性分析。可检测元素从Li到U。有机化合物（C3H7)4N+S2PF2-的X射线光电子能谱图，可见除氢以外，其他元素都清晰可见，氧峰为杂质峰，说明该化合物已部分被氧化。

XPS除用于元素定性分析外，还可用于稀有气体、不活泼气体及一氧化碳等气体的混合物分析；用于不同价态金属氧化物中金属价态及相对含量的确定。

2．元素定量分析

XPS定量分析的依据是光电子谱线的强度（光电子峰的面积或峰高）与元素含量有关，光电子峰的面积（或峰高）的大小主要取决于试样中所测元素的含量（或相对浓度），但在不同试样中，元素含量与光电子峰的强度之间并不存在简单的比例关系。因此，在实际分析中，采用与标准试样相比较的方法进行元素的定量分析，相对标准偏差可达1%~2%；还可采用灵敏度因子法，虽然此法误差较大，但具有简便、快速等优点，对于许多实际问题来说，采用灵敏度因子法所得实验数据，已足以说明问题。

XPS用于定量分析，具有如下优点：可进行多元素同时测定、能分析有机及高分子材料（元素及分子结构）、对试样辐射损伤小，是非破坏性分析技术。

3．固体表面状态分析

固体表面存在一个与固体内部组成和性质不同的相，作为重要的表面分析方法之一，X射线光电子能谱在表面吸附、催化、氧化和腐蚀等方面都有应用。一种把催化剂在含氮有机化合物体系中失活前后的X射线光电子能谱图。可见，催化剂失活前，表面上把的谱峰明显，氮的谱峰很弱；失活后，把峰消失，氮峰明显。这一结果充分地说明此催化剂的失活是由于它的表面吸附了含氮有机化合物。

4．化合物结构鉴定

XPS结构分析的特点是直接捕获到表征化合物的化学键和电荷分布的信息，化学键和电荷分布的信息来源于原子内层电子结合能的化学位移。所谓化学位移是指分子中原子的化学环境的改变影响光电子能量变化，从而导致谱图上出峰位置发生移动。由化合物中各原子的化学位移值，可以得到化合物结构的有关信息。1,2,4,5一苯四甲酸、邻苯二甲酸和苯甲酸钠的Cls光电子谱线。在这些化合物中，有两种碳原子，一种是苯环上的碳，一种是羧基上的碳，由于氧的电负性比碳、氢大，因此羧基碳周围的电子密度比苯环碳小，所以它的Is电子的结合能大；这两种碳在能谱上有两条分开的峰，且峰的强度之比符合这三种化合物中羧基碳和苯环碳的比例。

5．生物大分子研究

XPS用于生物大分子研究也有不少例子。例如，维生素B12在C,H,O,N等180个原子中只有一个Co原子，因此，在10nm厚的维生素B12层中只有非常少的Co原子，但从维生素B12的X射线光电子能谱图中仍能清晰地观察到Co的电子峰。

6．深度剖析及微区分析

XPS和AES均可用于深度剖析及微区分析，其分析特点如下：采样深度均在1nm左右；试样本体对表面元素的检测灵敏度影响很小；采样面积通常小于被溅射的面积，减少了边沿效应的影响；但XPS在检测速度、信号／本底比和空间分辨率等方面较AES差。

三、紫外光电子能谱法的应用

紫外光电子能谱的特点是研究原子或分子的价电子，因此，与X射线光电子能谱相比，它将从另一个方面提供有关物质的结构信息，分辨率为2-25meV,两种方法在应用中可相互补充。

1．定性分析

紫外光电子能谱能够提供振动一转动能级结构方面的信息，所以它与红外光谱相似，也具有分子“指纹”性质，可用于鉴定某些同分异构体、确定取代作用和配位作用的程度和性质。但不适合作元素的定性分析。

2.表面分析：

紫外光电子能谱可用于研究固体表面吸附、催化及表面电子结构等。

3.测量电离能

紫外光电子能谱能精确测量物质的电离能。紫外光电子的能量减去光电的动能便得到被测物质的电离能。对于气体试样而言，电离能相等于分子轨道的能量。分子轨道能量的大小和顺序，对于解释分子结构、研究化学反应、验证分子轨道理论的计算结果等，提供了有力的依据。

4．研究化学键

观察紫外光电子能谱各种谱带的形状，可以得到有关分子轨道成键性质的某些信息。例如，出现尖锐的电子峰，可能存在非键电子；带有振动精细结构的比较宽的峰，可能有二键存在等。

四、Auger电子能谱法的应用

Auger电子能谱原则上适用于任何固体，灵敏度高，可以探测的最小面浓度达0.1％单原子层；其采样深度为1-2nm，比XPS还要浅；它的分析速度比XPS更快，因此有可能跟踪某些快的变化；它与XPS具有许多相同之处，例如，都可以用作除H,He以外的元素的定性分析、定量分析及状态分析等，但亦有不同之处：Auger电子能谱法用于微区分析时，由于电子束束斑非常小，具有很高的空间分辨率，可以进行扫描和微区上元素的选点分析、线扫描分析和面分布分析等。其不足之处在于它采用电子作为激发源，难于分析有机材料表面。

1.定性分析

由于Auger电子的器量仅与原子本身的轨道能级有关，与入射电子的能量无关，因而Auger电子的能量是特征性的。主要适用于原子序数33以下轻元素的定性分析。将实验测得的Auger电子峰的能量与已知元素的各类Auger跃迁的能量加以对照，就可以确定元素种类。多数情况下，Auger电子能谱主要用于监测洁净表面和被污染表面的元素组成或化学组成，多用于薄膜材料的

2．定量分析

Auger电流近似地正比于被激发的原子数目，因此可以利用这一特征进行元素的半定量分析。由于Auger电流不仅与原子数有关，还与Auger电子的逃逸深度、试样表面的光洁度、元素的化学状态及仪器状态有关，因此Auger电子能谱技术一般不能给出所分析元素的绝对含量，常用相对含量来进行定量分析，即把试样的Auger电子信号与标准试样的信号在相同条件下进行比较，即半定量分析。

3．表面元素的化学状态分析

表面元素的化学状态分析是Auger电子能谱技术的一种重要功能，Auger化学位移比XPS的化学位移大，且结合深度分析可以研究表面化学状态。此外，Auger电子能谱还与线形变化有关，因此，Auger电子能谱的线形分析也是元素化学状态分析的重要方法。

4．微区分析

微区分析是Auger电子能谱分析的一个重要功能，可分为选点分析、线扫描分析和面扫描分析，它是纳米材料研究的主要手段。从理论上讲，Auger电子能谱选点分析的空间分辨率可以达到束斑面积大小，利用计算机选点，可以同时对多点进行表面定性分析、表面成分分析、化学状态分析和深度分析；可以了解一些元素沿某一方向的分布情况—线扫描分析；可以把某一元素在某一区域的分布以图像的方式表示出来—面扫描分析；结合化学位移分析，还可以获得特定化学价态元素的化学分布像。