X射线光电子能谱（XPS）：原理、数据分析和软件

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XPS的原理XPS 的全称是 X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy），是一种用于研究材料表面化学成分和化学状态的分析技术。XPS 的核心原理是 光电效应，即：   1.X射线照射样品表面；   2.样品表面原子的内层电子吸收X射线能量；   3.电子获得能量后逸出（被激发出来）；   4.通过测量逸出电子的动能，可以计算出其束缚能（Binding Energy, BE）；   5.束缚能是特征性的，能反映出元素种类及其化学状态。
能量计算公式： EB：束缚能hν：入射X射线的光子能量（已知）EK：逸出电子的动能（仪器测量）ϕ：仪器的功函数（校准参数）
XPS 能检测什么？   元素种类（除了H和He以外几乎都能测）   元素化学状态（如金属、氧化态）   相对含量（定量分析，约±10%精度）    材料表层结构（分析深度：1–10 nm）
XPS 图谱怎么看？   每个元素有独特的能谱峰（如C 1s, O 1s, Si 2p等）   峰的位置 → 判断元素和化学状态   峰的面积 → 表示含量   峰的形状 → 可了解键合方式和价态
XPS的分析软件

1. CasaXPS（最广泛使用）

   ✅ 优势：功能强大，适用于几乎所有 XPS数据处理（扣背景、峰拟合、定量分析等）；

   🧪 支持多种厂商（Thermo、Kratos、PHI等）的数据格式；

   💡 支持区域划分、谱图比较、图层建模等功能；

   📖 有广泛教程和社区资源。

2.Avantage（Thermo Fisher 原厂）

   📦 专为 Thermo Scientific XPS 仪器设计；

   🔬 集仪器控制、数据采集和分析于一体；

   📉 自动校正和快速拟合功能好用；

   🧷 适合初学者入门。

Avantage处理XPS数据

打开Avantage

文件，打开XPS文件VGP

打开后的界面如下

第一步，先进行荷电校正，鼠标选中C1s谱

使用放大工具放大谱图

使用以下工具标峰

读出当前C1s的Binding energy的位置

根据标准C1s的标准Binding energy为284.8 eV来校正荷电，即284.8-284.783=0.017 eV，即原谱图还需要+0.017 eV

鼠标点击这个位置以选中所有图谱

鼠标点击电荷移位

点击接受之后进行定量。

鼠标点击一个谱图

鼠标点击选择范围工具

在谱图上选择范围

然后点击添加峰的工具

依此类推

分峰

点击峰拟合

然后在需要进行分峰处理的谱图界面上通过移动三竖线指针来选取所要加峰的位置

所有的分峰参数可以通过直接点击在谱图上进行手动调整

可查阅文献来确定分峰的信息

最后进行拟合

点击确定

以此类推，可以选择其它进行拟合。

拟合结束后进行数据导出，首先新建一个空白的Excel文件

鼠标选中整个图谱

选择报告

X

报告至打开的文件

然后保存。