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光电子能谱学是利用光电效应分析物质的一种方法，当光子与原子或分子相互作用时，它可以——如果它有足够的能量——使一个电子被射出。电子以一种取决于它的初始能量状态和入射光子的能量的动能被喷射出去。光子的波长决定了它的能量，较短的波长具有更高的能量在已知波长下，通过测量喷射电子的动能，可以获得有关其化学成分和其他性质的信息。科学家用烧杯当带负电的电子从原子中喷射出来时，会形成一个正离子，以及喷射出一个原子所需的能量电子被称为电离能或结合能。电子排列在原子核周围的轨道上，电子的电离能主要取决于原子核上的电荷——每个化学元素在原子核中有不同数量的质子，因此也有不同的电荷——以及电子的轨道元素有其独特的电离能模式，在光电子能谱学中，被探测到的每个电子的电离能就是入射光子的能量减去被喷射电子的动能。由于第一个值已知，第二个值可以测量，所以样品中的元素可以根据观察到的电离能的模式来确定。发射电子需要相对高能的光子，这意味着需要向电磁光谱的高能、短波长端辐射这就产生了两种主要的方法：紫外光电子能谱（UPS）和x射线光电子能谱（XPS），但是，由于x射线的能量较高，x射线可以将核心电子发射到靠近原子核的地方。x射线光电子能谱是用x射线以单一频率轰击样品并测量所发射电子的能量来进行的。样品必须放在超高真空室中，以防止光子发射电子被气体吸收，以确保样品表面没有被吸附的气体。发射电子的能量是通过测量它们在电场中的扩散来确定的-那些能量较高的电子会被电场偏转到较小的程度。因为核心电子的电离能会发生偏移当有关元素处于氧化状态时，该方法不仅可以提供有关元素的信息，还可以提供其氧化状态的信息。由于真空条件的要求，X射线光光谱法不能用于液体，通常用于固体样品的表面分析紫外光电子能谱学的工作原理与此类似，但使用的是光谱中紫外范围内的光子。这些光子通常是由气体放电灯产生的，使用惰性气体之一，如氦，提供单一波长的光子。UPS最早用于测定气体分子的电离能，但是现在经常被用来研究材料的电子结构。

发表于 2020-09-18 05:11
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分类：科学教育

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