XPS 中的 X 射线发生器

X 射线发生器

在 XPS 仪器中，用高能电子轰击金属阳极靶产生 X 射线。发射 X 射线的能量取决于阳极靶材料，X 射线的强度取决于轰击阳极靶的电子流强和电子能量。

由于早期 XPS 能谱仪灵敏度低，配备的是非单色化 X 射线源。当今，改进了灵敏度和单色器设计水平，大多数 XPS 仪器将单色器作为标准配置，将非单色化 X 射线源作为选配件。

单色化 X 射线源

石英晶体的 X 射线衍射。

采用单色化 X 射线源，X 射线以角度 θ 入射到平行晶面上，再以相同角度反射。X 射线光程取决于反射的晶面。如果发生 X 射线反射的两个晶面之间的间距为 d，则光程差为 2dsinθ。如果光程差等于波长的整数倍，则 X 射线严格相干。此效应即为布拉格方程：

nλ = 2dsinθ

此处 n = 衍射级数，λ = X 射线波长，d = 晶格面间距，θ = 衍射角（布拉格角）。

石英晶体的 X 射线衍射。

石英晶体的物理特性及其晶格间距，以及作为单晶体的易得性，使其成为唯一可用作 Al Kα X 射线源的商业化 X 射线单色器。当石英晶体用作 XPS 单色器时通常需要弯曲。

对于 Thermo Scientific XPS 仪器安装的单色器，在各个方向上的曲率半径不同（即环行弯曲），使得 X 射线聚焦及单色化。

从电子源（如 LaB6）发射的电子被聚焦到水冷的铝阳极上。从阳极发射的部分 X 射线进入晶体，经过单色化的 X 射线束聚焦到样品上。样品上 X 射线束斑大小等于阳极靶上电子束斑大小。所以，控制分析面积可通过控制电子束斑实现。

双阳极产生的 X 射线的线宽大，有 X 射线卫星峰和连续背景射线。所有这些因素均会影响 XPS 谱的质量。

双阳极 X 射线源

安装在老仪器上的非单色化 X 射线源为双阳极，通常为铝和镁。对于专业化 XPS 分析，此双阳极是最合适的选择。

阳极和灯丝装备结构。

为了产生 X 射线，加热两个镀氧化钍的铱灯丝中的一只灯丝发射电子，聚焦到阳极上。电子与阳极碰撞发射 X 射线。产生 X 射线需要在阳极上耗散大量功率，所以阳极必须水冷。

X 射线源被封在带有薄铝窗的罩子中，X 射线可以通过薄铝窗。罩子十分必要，它可以屏蔽掉样品区域内由 X 射线源产生的电磁场干扰，另一方面可保护灯丝免遭污染。

为了使灵敏度最大化，双阳极 X 射线安装在可沿直线移动的装置上，所以可移动 X 射线源靠近样品，使得表面上 X 射线通量最大。X 射线源经过精心设计，当使用第一个阳极时，第二个阳极产生的 X 射线很小，能尽可能减小交叉污染。Thermo Scientific XPS 仪器的交叉污染小于 0.35％。

供应标准的 Al/Mg 双阳极 X 射线源。同时可提供其它阳极材料，可产生各种不同能量和线宽的 X 射线。

阳极和灯丝装备结构。