过去半个世纪广泛使用的光谱学工具的结果是错误的吗?

x射线光电子能谱(XPS)是一种用于检测和识别表面分子的最广泛的技术之一，近年来其应用得到了极大的发展。然而，两位光谱学家说，用于在半导体或绝缘表面上校准XPS的标准技术比无用更糟糕，因此无数可疑的结果进入了文献。¹

XPS是基于光电效应:诺贝尔奖得主阿尔伯特·爱因斯坦在1905年的发现解释了为什么决定光能否从物质中释放电子的是频率，而不是强度。这证实了光是由量子组成的——现在被称为光子。当一个光子释放一个电子时，这个电子释放出来的能量比入射光子少。两者的差别在于提取电子所需的势能或结合能。XPS的工作原理是用x射线轰击物体表面，并利用发射电子的能量推断出物质电子的结合能。这些构成了该材料的光谱指纹。Kai年代我egbahn因开发这项技术而获得1981年诺贝尔物理学奖。

没有方法总比有错误的方法好

Grzegorz grezynski, Linköping大学

问题是，当电子从表面释放出来时，它会积累正电荷，因此会更紧密地抓住剩余的电子。在导电样品中，通过将表面与地面连接，可以很容易地避免这种情况，从而使其重新获得失去的电子并保持中性。然而，对于非导电样品，这是无效的。光谱学家解释说:“当你测量时，你的峰值在屏幕上不断移动。Grzegorz Gre考试czynski瑞典Linköping大学教授。这让XPS的日子非常难过。

肮脏的解决方案

西格巴恩提出的污垢不可避免地积聚在光谱仪样品上的建议提供了一个方便的解决方案。他推断这将与样品处于电平衡状态，所以光谱可以简单地通过分配这种“非固定碳”的1s轨道上的电子固定结合能为285eV，并测量与之相关的其他峰来测量，就像四甲基硅烷在核磁共振光谱中被用作参考峰一样。

即使是西格巴恩的一些学生也不相信。格雷琴斯基说:“你真的不知道自己指的是什么。“它来自空气中的污染，这取决于你储存样本的地方，它看起来可能会有所不同，这取决于你暴露在大气中的是什么样的表面。”然而，从那以后，XPS就一直在使用，格雷琴斯基和他的合作者说佬司Hultman在一定程度上解释了许多重要材料结合能的巨大差异。在过去的20年里，使用XPS数据的论文数量增长了10倍以上。“化学家们意识到这项技术将非常有用，所以他们大量使用它，”格雷琴斯基说。他说，我认为人们认为这相对容易。

格雷琴斯基说，具有讽刺意味的是，随着使用XPS的论文数量的增加，它已经成为一种规范的分析工具，使用它的真正专家的数量却减少了。目前的国际标准建议谨慎使用碳15参考。“这到底是什么意思?”格雷琴斯基问道。缺乏经验的研究人员有时甚至在进行样本时也会使用它。“他们有一个完美的方法，但他们看到其他人在其他论文中提到了碳15，所以他们认为他们也应该这样做!”在2017年的一篇论文中，Greczynski和Hultman证明，遵循这一协议可能会导致物理上不可能的结果。²

此外，研究人员说，科学家们经常用不够怀疑的态度来解释光谱。他解释说:“当真正的XPS专家测量一种具有广泛结合能分布的材料时，他们不会从中得出明确的结论。”“但现在很多人得到一个数字，查阅表格，然后说‘这可能是三种不同的情况’，所以他们在开始写论文之前，会挑出一个与他们脑海中理论相符的数字。”研究人员说，随着材料科学的进步，这个问题只会变得更加严重，例如，新材料往往含有多种化学状态的相同元素。他们写道，数据被误解的风险是系统复杂性的一个日益增加的功能。

是时候改变了

Greczynski和Hultman主张完全放弃碳1s参考，并承认目前根本没有令人满意的方法来校准非导电样品中的结合能。格雷琴斯基说:“没有方法总比错误的方法好。”“我相信这个问题是可以解决的，但99%的人都相信我们有一个好方法，所以在这个方向上没有努力。”

唐纳德•贝尔美国太平洋国家西北实验室的科学家也认为，“作为绝对参考标准，外来碳的碳1s峰值在大多数情况下可能是不正确的，因此它没有什么价值。”尽管如此，它在很多方面仍然有用。”塞德里克·鲍威尔位于马里兰州的美国国家标准与技术研究所的负责人也认为，这篇论文和作者之前的工作“提出了一个需要由XPS社区解决的重要问题”。

鲍威尔、贝尔和其他主要材料科学家最近发表了一封公开信，表达了他们的担忧，即随着材料分析技术变得司空见惯，数据解释方面的专业知识有所下降。^3.贝尔说，这些问题并不是XPS独有的。“文献中的大量其他材料数据存在许多挑战。”