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基础理论丨一文解读XPS与UPS有何区别
来源：测试狗 时间：2020-05-03 01:40:56 浏览：4421次

本文由测试狗原创

UPS的基本原理和XPS类似，低能的UV光打到样品表面，因为光电效应激发出来的电子被能量分析器所探测，然后我们得到一个UPS谱。

基础理论丨一文解读XPS与UPS有何区别-1

XPS因为所使用的光源能量比较高，所以我们能研究比较深能级的电子信息。而做UPS实验时，我们关注的主要是低结合能的电子信息，也就是外壳层的电子信息。


材料壳层（芯能级）电子的结合能一般在几百eV的量级，所以一般要求我们使用X射线（XPS）。

基础理论丨一文解读XPS与UPS有何区别-2

而如果我们要求探测材料的价带电子，我们使用紫外灯光源就足够了。（UPS）

基础理论丨一文解读XPS与UPS有何区别-3

我们在XPS分析的时候总是提到，XPS测量的材料的元素指纹信息，那么UPS反映的是什么的指纹信息呢？


元素芯能级的电子和原子核靠的非常近，和其他原子相互作用比较弱，反映的是每个原子所代表的元素的本征性质。


原子费米能级附近的电子(价态电子)在材料内部比较巡游，携带的是整个材料体系的性质，因此反映的是材料电子关联相互作用之后的信息。


因为XPS得到的大部分信息是深能级的电子信息，这部分电子与其他电子的相互作用比较弱，因此反映的是他所属的原子的指纹信息。而UPS研究的那些价电子在材料中比较巡游，反映的是电子间复杂关联作用之后的信息。因此反映的是某些分子的“指纹“信息，或者是整个材料的整体性质。


在X射线光电子能谱中，当原子的化学环境改变时一般都可以观察到内层电子峰的化学位移；紫外光电子能谱主要涉及分子的价层电子能级，成键轨道上的电子往往属于整个分子，它们的谱峰很宽，在实验上测量化学位移很困难。但是，对于非键或弱键轨道中电离出来的电子，它们的谱峰很窄，其位置常常与元素的化学环境有关，这是由于分子轨道在该元素周围被局部定域。


基础理论丨一文解读XPS与UPS有何区别-6


小结：

1. UPS的工作原理和XPS一样，但是能量远远小于X光，因此有比较好的能量分辨率来研究价带的电子结构，是XPS手段的一个重要补充。 

2. XPS探测的是芯能级的电子信息，反映的是对应元素的本征线性，由此来对材料的元素组成，元素价态情况等进行分析。

3. 而UPS探测的是价带电子的结构信息，价带电子在材料中比较巡游，到处运动，反应的是整个材料的关联电子结构。

4. 一般的UPS光源通过对惰性气体放电来实现，He、Ne、Ar、Kr、Xe等，能量一般在几十个eV左右。


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