آنالیز XPS از اعضای خانواده آنالیزهای طیف سنجی می باشد. از آنالیز XPS برای شناسایی عناصر و پیوندهای آن روی سطح تا عمق حدود ۱۰ نانومتر استفاده می شود و یکی از آنالیزهای قدرتمند در زمینه مشخصه یابی سطح مواد محسوب می شود. البته آنالیز XPS برای شناسایی هیدروژن و هلیم مورد استفاده قرار نمی گیرد.
از آنجاییکه با استفاده از این آنالیز می توان پیوندهای شیمیایی عناصر را نیز شناسایی کرد، علاوه بر شناسایی عناصر، ترکیبات شیمیایی روی سطح نیز قابل شناسایی می باشد. یکی دیگر از کاربردهای آنالیز XPS، مشخصه یابی گرادیان های توزیع عنصری روی سطح نمونه مخصوصا برای لایه های نازک می باشد. تفاوت عمده آنالیز XPS با آنالیزهای عنصری دیگر مانند EDAX در مشخصه یابی عناصر سطحی می باشد حال آنکه آنالیز EDAX یک آنالیز حجمی می باشد برای مثال در مورد یک قطعه آلومینیوم که روی سطح آن یک لایه نازک اکسید آلومینیوم قرار دارد، اگر با XPS آنالیز گرفته شود، اکسید آلومینیوم دیده می شود اما آنالیز EDAX آلومینیوم را نشان می دهد.
شکل 1: مکانیسم عملکرد آنالیز XPS
در این آنالیز پرتوهای ایکس پر انرژی به نمونه تابیده می شود و در صورتی که انرژی پرتو ایکس از تابع کار اتم های سطحی بیشتر باشد، یک الکترون از نمونه به بیرون پرتاب می شود. با اندازه گیری انرژی جنبشی فوتوالکترون های خروجی و همچنین دانستن انرژی فوتون های اولیه، می توان نوع عناصر و پیوندهای شیمیایی آن ها را شناسایی کرد. طیف خروجی XPS شامل تعداد الکترون های اندازه گیری شده بر حسب واحد انرژی پیوند می باشد.
این روش نیاز به خلا های بسیار بالا در حدود ۱۰-۷ تا ۱۰-۱۰ بار می باشد. از آنجاییکه در آزمون XPS انرژی فوتوالکترون های خروجی از اهمیت بالایی برخوردار است و با توجه به اینکه انرژی فوتوالکترون ها رابطه مستقیم با تراز انرژی داخلی آنها دارد، با استفاده از اطلاعات خروجی آنالیز XPS می توان اطلاعات خوبی از ساختار الکترونی اتم های سطحی نیز بدست آورد. بر این اساس هر عنصر در طیف خروجی، چند بیشینه منحصر به فرد به خود دارد، که مشخصه آن عنصر می‌باشد.
وجود بیشینه متعلق به هر عنصر در نتیجه آنالیز یک ماده، گویای وجود آن عنصر در سطح ماده مورد آزمایش می‌باشد. بیشینه های مشخصه هر عنصر، با نحوه آرایش الکترون‌ها در اتم آن عنصر، مرتبط می‌باشد و می‌توان اطلاعاتی از موضع الکترون‌های ردیابی شده در لایه‌های الکترونی (بطور مثال ۱s,2s,2p,3s,4p,…) بدست آورد. معمولا در نتیجه آنالیزهای XPS، طیف های مربوط به عنصر کربن هم دیده می شود که مربوط به ترکیبات هیدروکربنی آلودگی موجود در هوا می باشد.
