高考申論題
110年
[環境檢驗] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
X 光電子能譜儀為表面分析的有效工具，可以偵測樣品表面奈米等級厚度內的訊號，請說明：（每小題 10 分，共 20 分）
X 光電子能譜儀為表面分析的有效工具，可以偵測樣品表面奈米等級厚度內的訊號，請說明：（每小題 10 分，共 20 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
此一儀器的表面取樣深度達於奈米尺度的原理。
思路引導 VIP
本題考查 XPS 的表面敏感性（Surface Sensitivity）。關鍵在於光電子在固體中的「平均自由徑」（Mean Free Path）。雖然 X 光穿透深度很深，但產生的「電子」卻跑不出來。
小題 (二)
對鐵元素來說，中性鐵原子以及二價鐵離子（Fe2+）在 X 光電子能譜儀分析圖譜中，其 Fe2p光電子訊號具有不同束縛能的原因。
思路引導 VIP
本題考查 XPS 的「化學位移」（Chemical Shift）。考生應說明氧化態如何改變原子的電子雲環境，進而影響核心電子感受到的有效核電荷。
XPS 表面敏感性原理
💡 取樣深度由光電子的非彈性平均自由徑（IMFP）決定。
🔗 XPS 訊號產生與深度受限流程
- 1 X 光激發 — 高能 X 光穿透樣品深處激發內層電子
- 2 電子傳輸 — 光電子在固體晶格間移動並發生碰撞
- 3 能量損失 — 深層電子因非彈性散射失去原始特徵能量
- 4 表面逃逸 — 僅極淺層（1-10nm）電子能保持能量逸出
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🔄 延伸學習：延伸學習：IMFP 隨電子動能變化的通用曲線（Universal Curve）
