ISO 18115-1:2023 表面化学分析 — 用語集 — Part 1: 一般用語と分光法で使用される用語 | ページ 6

この規格 プレビューページの目次

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

表面化学分析の一般概念に関連する 3 つの用語

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

3.1

インターフェース

異なる化学的、元素的、または物理的性質を持つ 2 つの相の間の境界

3.2

水面

凝縮相と気体、蒸気、または自由空間との間の 界面 (3.1)

3.3

エッジを測定する

測定対象の量

[出典: ISO/IEC Guide 99:2007, [ 1] 2.3, 修正 — 入力すべき注記は削除されました。]

3.4

検体

測定対象となる物質または化学成分

3.5

化学種

原子、分子、イオン、または官能基

3.6

統一原子量単位

u

ダルトン

da

静止状態および基底状態の核種12 C の質量の 1/12 に等しい単位

グレード 1 から入門まで: 1 u ≈ 1.660 538 86 × 10 -27 kg, 1 標準偏差の不確かさは ±0.000 000 28 × 10 -27 k [ 2] これは、国際システムでの使用が認められている非 SI 単位であり、SI 単位での値は実験的に得られます。

注記 2: ダルトンという用語(記号 Da) は、短くて接頭語との併用が適切であるため、統一原子質量単位よりも好まれます。

注記 3:上記の定義は、1960 年に国際純正応用物理学連合、1961 年に国際純粋応用化学連合によって合意され、化学者と物理学者の間の長年にわたる相違が解決されました。統一原子質量単位は、どちらも記号 amu を持つ原子質量単位 (化学スケール) と原子質量単位 (物理スケール) に取って代わりました。 amu (物理スケール) は、酸素 16 原子の質量の 16 分の 1 でした。 amu (化学スケール) は、自然界に見られる酸素原子の平均質量の 16 分の 1 でした。 1998 年の CODATA では、1 u = 1.000 317 9 amu (物理スケール) = 1.000 043 amu (化学スケール) です。

3.7

参照方法

1 つまたは複数の特性値の測定に必要な条件と手順を明確かつ正確に記述した、徹底的に調査された方法。意図された用途に見合った精度と精度を備えていることが証明されており、したがって他の方法の精度を評価するために使用できます。同じ測定の場合、特に 標準物質の特性評価を可能にする場合 (5.1)

[出典: ISO Guide 30:1992+A1:2008 [ 3] ]

3.8

定量分析

サンプル中またはサンプル上で検出された 分析物 (3.4) の量の測定

グレード 1 ~ エントリー:分析対象物は、元素状または化合物の性質を持ちます。

注記 2: 量は、必要に応じて、または必要に応じて、例えば、原子または質量パーセント、原子または質量分率、単位体積当たりのモルまたは質量として表すことができる。

注記 3:サンプル材料は不均質であるため、解釈において特定のモデル構造が想定される可能性があります。そのモデルの詳細を記載する必要があります。

3.9

検出限界

指定された分析条件下で測定できる元素または化合物の最小量

注記 1: 検出限界は、多くの場合、その物質の合計シグナルからバックグラウンドシグナル (3.21) を差し引いたシグナルがバックグラウンドシグナル を超えるシグナルの標準偏差の 3 倍となる物質の量に対応するとみなされます。このアプローチは単純化されており、検出限界のより正確かつ厳密な定義については、参考文献 [4] および [5] を参照する必要があります。

注記 2: 検出限界は、目的に応じてさまざまな方法で表すことができます。表現方法としては、質量または重量分率、原子分率、濃度、原子数、質量または重量などが挙げられます。

注記 3: 検出限界は一般に、物質ごとに異なります。

3.10

マトリックス効果

化学的または物理的環境の変化から生じる 分析対象物の原子ごとの強度またはスペクトル情報の変化 (3.4)

注記 1: これらの環境の例としては、異なる寸法のさまざまなサンプル形態 [例: 薄膜 (5.13) 、クラスター、繊維、ナノ構造], 非晶質または結晶状態、マトリックス種の変化、および他の物理相または物理的相の近接が挙げられる。 化学種 (3.5) 。

3.11

マトリックス係数

マトリックスの組成から生じる係数。表面分析技術を使用して組成を決定するために、測定された強度の商と公式の適切な感度係数を乗算します。

注記 1:平均マトリックス感度係数および純粋要素感度係数を参照。

注記 2: AES (11.1) などの方法では、マトリックス係数は、部分的には地下物質の組成によって、部分的にはサンプル内の 分析体積 (8.48) の組成によって決定されます。

3.12

絶対要素感度係数

元素の測定された強度を割って、サンプル中に存在する元素の原子濃度または原子分率を求める元素の係数

注記 1: 元素相対感度係数 (12.92) (20.61) を参照。

注記 2:原子濃度または原子分率の選択を明確にする必要があります。

注記 3:使用する感度係数の種類は、定量化プロセスで使用する式や、分析するサンプルの種類 (均質サンプルや分離層など) に適切なものでなければなりません。

注記 4:正しい 行列係数 (3.11) または他のパラメータが使用されていることを確認するために、感度係数のソースを指定する必要があります。

注記 5:感度係数は、励起源、分光計のパラメータ、および機器のこれらの部分に対するサンプルの向きによって異なります。感度係数は分析対象の行列にも依存し、 SIMS (19.1) ではこれが支配的な影響を及ぼします。

3.13

刻み幅

個々のデータ点が取得される 測定対象 (3.3) 空間内の値間の距離

3.14

掃く

1 セットのデータを 1 回で完全に取得

3.15

ピーク強度

構成スペクトルピークの 信号強度の尺度 (3.17)

注記 1:強度は通常、定量的な目的で測定され、定義されたバックグラウンドまたは ピーク面積を超えるピークの高さ (3.16) が考えられます。単位は、 カウント (3.18) 、カウント・電子ボルト、1 秒あたりのカウント、1 秒あたりのカウント・電子ボルト、amu あたりのカウント、amu あたりの 1 秒あたりのカウントなどです。差分スペクトルの場合、強度はピークからピークまでの値になります。ピークの高さ、またはピークからバックグラウンドまでの高さ。強度の尺度を定義し、それぞれの場合に単位を記載する必要があります。

注記 2:この意味が、バックグラウンドの除去前または除去後の測定されたピークの頂点の強度値の文字通りの意味になることは非常にまれです。

3.16

ピークエリア

バックグラウンド除去後のスペクトルのピークの下の領域

注記 1: 非弾性電子散乱バックグラウンド減算 (12.85) および 信号強度 (3.17) を参照。

注記 2:ピーク面積は、 カウント (3.18) 、カウント/秒、カウント・電子ボルト、カウント・電子ボルト/秒、カウント/アミュ、またはその他の単位で表すことができます。

3.17

信号強度

分光計検出器で、または何らかの定義された処理後の測定信号の強度

注記 1:信号強度は、信号の発生点と検出点の間、さらには検出点と測定器の表示点の間で大きく変化する可能性があります。

注記 2:信号強度は 、カウント (3.18) (チャネルあたり)、1 秒あたりのカウント (チャネルあたり)、または 1 秒あたりのカウント・電子ボルト、またはその他の単位で表すことができます。 AES (11.1) では、信号強度の微分は、分光計内の電極のアナログ 変調 (12.61) によって、またはスペクトルの数値微分によって取得できます。信号のタイプを定義する必要があります。

注記 3:電子または 質量スペクトル (20.58) では、エネルギーまたは質量および立体角にわたって積分された測定スペクトルは電流に等しい。分光計が校正されている場合、強度の単位は current⋅eV −1 ⋅sr −1または current⋅amu −1 ⋅sr −1になります。スペクトルが単位 一次ビーム (8.10) 電流に正規化されている場合、適切な単位は eV -1 ⋅sr -1または amu -1 ⋅sr -1になります。スペクトルが発光立体角にわたって積分されている場合、適切な単位は eV -1または amu -1になります。

3.18

カウント

定義された時間間隔内に検出器システムによって記録されたパルスの総数

注記 1:計数は、[計数測定における むだ時間 (7.17) 損失がない場合] 検出される粒子と 1 対 1 で代表的な値になる可能性があり、その場合、計数はポアソン統計に従う [他の ノイズ (3.19 がない限り)] ) 発生源が存在する] または、単に検出された粒子の数に比例する可能性があります。措置の種類を明確に記載する必要があります。

注記 2:マルチ検出器システムでは、隣接するチャネルのカウントが部分的に相関している可能性があるため、スペクトルの関連チャネルにカウントを配分すると、各チャネルで予想されるポアソン統計からの変化が生じる可能性があります。

3.19

ノイズ

時間変化する外乱が変動を伴う分析信号に重畳され、 信号強度の不確実性をもたらす (3.17)

注記 1:ノイズの正確な測定は、変動の標準偏差から決定できます。スペクトル内のピークツーピークノイズなどの視覚的な推定値やその他の推定値は、ノイズの半定量的な尺度として役立つ場合があります。

注記 2: 測定された強度の変動は 、統計的ノイズ (3.20) や電気的干渉など、さまざまな原因から発生する可能性があります。

3.20

統計的ノイズ

ランダムに検出された単一イベントの統計のみに起因するスペクトル内の ノイズ (3.19)

注記 1:ポアソン統計を示す単一粒子計数システムの場合、同じ時間間隔における、それ以外の点では安定した計数率N の多数の測定値の標準偏差は、 N の平方根に等しくなります。

注記 2:マルチ検出器システムでは、出力スペクトルの生成に必要なデータ処理により、隣接するチャネル間の統計的相関が生じたり、各チャネルでポアソン未満の見かけのノイズが発生したりする可能性があります。

3.21

バックグラウンド信号

主に関心のあるもの以外のプロセスまたはソースにより、特定の位置、エネルギー、質量、または波長に存在する信号

注記 1: 準 安定背景 (20.36) 、 シャーリー背景 (12.86) 、 シカフスの背景 (12.87) 、および トゥーガードの背景 (12.88) を参照。

3.22

ピーク対バックグラウンド比

シグナル対バックグラウンド比

バックグラウンド強度を超えるピークの最大高さとそのバックグラウンド強度の大きさの比

注記 1:信号対バックグラウンド比は 、GDS (15.1) ここで, SBR と省略されます。ピーク対バックグラウンド比は、 AES (11.1) や XPS (11.6) などの電子分光法の種類に対してより一般的に使用される用語です。

注記 2:バックグラウンド強度の推定方法を示すものとする。 AES の場合、バックグラウンド強度は、多くの場合、対象のピークのすぐ上の 運動エネルギー (3.35) で決定されます。

3.23

信号対雑音比

信号を決定する際の 信号強度 (3.17) と総 ノイズの測定値 (3.19) の比

注記 1: 統計ノイズ (3.20) を参照。

注記 2: AES (11.1) のノイズは、多くの場合、ピークに近いスペクトル バックグラウンドの都合の良い領域で測定されます。

3.24

スムージング

見かけの ノイズを減らすためのデータの数学的処理 (3.19)

3.25

干渉信号

<質量分析、分光法> 別の望ましくない種に起因する、対象の質量、エネルギー、または波長位置で測定された信号

注記 1: 一般的な実験室での使用では、干渉は、電気 ノイズ (3.19) 、ラインピックアップ、または検出された信号に対するその他の望ましくない寄与を示すために、より広範囲に使用できます。

3.26

バックグラウンドの相対標準偏差

バックグラウンド信号 (3.21) 内の ノイズ (3.19) を特徴付ける標準偏差をバ​​ックグラウンド信号の強度で割った商。

3.27

線の形

特定のスペクトル特徴の測定された形状

3.28

ピーク幅

ピークの高さの定義された部分におけるピークの幅

注記 1: 固有の線幅 (12.22) を参照。

注記 2:使用されるバックグラウンド減算方法を指定する必要があります。

注記 3:ピーク幅の最も一般的な尺度は、ピークの半値全幅 (FWHM) 強度です。

注記 4: 非対称ピークの場合、ピーク幅の便利な尺度は、最大強度の半値におけるピークの各側の半値幅です。

3.29

ピークフィッティング

ピーク合成 (3.30) によって生成されたスペクトルを、測定されたスペクトルと一致するように調整する手順

注記 1:最小二乗最適化手順は、通常、この目的のためにコンピュータプログラムで使用されます。

注記 2:選択したピーク形状とバックグラウンド形状を定義する必要があります。調整プロセスに課せられる制約も定義する必要があります。

3.30

ピーク合成

モデルまたは実験のピーク形状を使用して合成スペクトルを生成する手順。ピークの数、ピーク形状、 ピーク幅 (3.28) 、ピーク位置、ピーク強度、およびバックグラウンドの形状と強度が調整されます。 ピークフィッティング用 (3.29)

注記 1:選択したピーク形状とバックグラウンド形状を定義する必要があります。

3.31

横方向のプロファイル

化学組成または元素組成、 信号強度 (3.17) 、または 表面に平行な指定された方向で測定された利用可能なソフトウェアからの処理された強度情報 (3.2)

注記 1: ラインスキャン (8.56) を参照。

3.32

深さプロファイル

垂直プロファイル

化学組成または元素組成、 信号強度 (3.17) 、または 表面に垂直な方向に測定された利用可能なソフトウェアからの処理された強度情報 (3.2)

注記 1: 組成深度プロファイル (3.33) を参照。

3.33

組成深度プロファイル

CDP

表面に垂直な距離の関数として測定される原子または分子の組成 (3.2)

3.34

深さプロファイリング

表面に垂直な距離 (3.2) に関連する可能性のある変数の関数としての 信号強度 (3.17) のモニタリング

注記 1: 組成深度プロファイル (3.33) を参照。

注記 2: スパッタ深さプロファイル (9.1) では、信号強度は通常、 スパッタリング (9.3) 時間の関数として測定されます。

3.35

運動エネルギー

運動のエネルギー

注記 1:運動による荷電粒子のエネルギーは必ずしも一定ではなく、局所的な電位によって変化します。すべての局所電極が接地電位にある場合、粒子の運動エネルギーは局所 真空レベルに応じて変化します (12.10) 。この真空レベルは 、AES (11.1) および XPS (11.6) 機器のさまざまな領域で 1 eV の範囲で変化する可能性があり、測定された電子エネルギーも同様に変化する可能性があります。この変動は、運動エネルギーが フェルミ準位 (12.9) を参照すると除去されます。 XPS では、慣例によりフェルミ レベルが常に使用されますが、AES では 真空 (12.76) と フェルミ レベル参照 (12.75) の 両方が実行されます。 AES と XPS の両方が可能な機器は、フェルミ レベルで参照されます。 AES でのエネルギーの正確な測定には、フェルミ準位リファレンスが推奨されます。 電子分光計 (12.58) では、フェルミ準位を基準としたエネルギーは、通常、真空準位を基準としたエネルギーより 4.5 eV 大きくなります。 AES では、フェルミ準位を基準と するオージェ電子 (12.32) ピークのエネルギーを、フェルミ準位を基準とするエネルギーに一貫した方法で変換できるように、フェルミ準位より 4,500 eV 高い 標準真空準位 (12.11) を 仮定すると便利です。真空レベルとその逆。

3.36

イオン種

イオンの種類と電荷

例:

ar + 、O - 、および H 2+

注記 1:同位体が使用される場合は、それを指定する必要があります。

3.37

ラジカル

不対電子を有する原子または分子実体

注記 1: ch 3 SnH 3 、および Cl など のエンティティには、可能であれば、最も高いスピン密度の原子を示すように、不対電子を象徴するドットが配置される式があります。常磁性金属イオンは通常ラジカルとはみなされません。

注記 2:不対電子を有する中心原子に応じて、ラジカルは炭素、酸素、窒素、または金属を中心としたラジカルとして説明できます。不対電子がかなりの「s」または多かれ少なかれ純粋な「p」の性質を持つ軌道を占めている場合、それぞれのラジカルはσ-またはπ-ラジカルと呼ばれます。

注記 3: 「無料」という形容詞は現在使用されていません。

3.38

ラジカルイオン

(3.37) 電荷を帯びたラジカル

注記 1:正に荷電したラジカルは「ラジカルカチオン」と呼ばれます (例: ベンゼンラジカルカチオン C 6 H 6 · + )負に荷電したラジカルは「ラジカルアニオン」と呼ばれます(例:ベンゼンラジカルアニオン C 6 H 6 -またはベンゾフェノンラジカルアニオン Ph 2 C-O - )。通常、必ずしもではありませんが、奇数の電子と電荷は同じ原子に関連付けられます。不対スピンと電荷の位置が特定の原子に関連付けられない限り、上付きのドットと電荷の指定は、「ラジカル イオン」という名前が示唆するように、 • + または • − の順序で配置する必要があります (例: C 3 H 6 + )

3.39

光イオン

リチウムより軽いイオン

注記 1: 中質量イオン (3.40) および 重イオン (3.41) を参照。

3.40

中間質量イオン

リチウムとアルゴンの間、またはリチウムとアルゴンを含む質量を持つイオン

注記 1: 重イオン (3.41) および 軽イオン (3.39) を参照。

3.41

重イオン

アルゴンより重いイオン

注記 1: 中質量イオン (3.40) および 軽イオン (3.39) を参照。

3.42

陰イオン

マイナスに荷電したイオン

注記 1: カチオン (3.43) を参照。

3.43

カチオン

正に荷電したイオン

注記 1:シー アニオン (3.42) および カチオン化分子 (20.22) 。

3.44

クラスターイオン

多くの原子または 化学種で構成されるイオン (3.5)

注記 1:クラスターは、正または負の電荷を持つことができます。

注記 2:クラスターイオンは、効率を高めて表面から分子種を脱着するために使用されます。例には、液体金属源で生成されるイオン (Au n + 、Bin n )や電子衝撃によって生成されるイオン [C 60+ 、Ar n + (H 2 O) n + ] が含まれます。

3.45

イオン化効率

イオン化プロセスで使用される電子、イオン、または光子の数に対する、形成されたイオンの数の比率

[出典:IUPAC]

3.46

イオンの中和

<ISS, SIMS> 電荷交換 (16.35) イオンが材料 表面 (3.2) または気相原子または分子との相互作用を通じて電荷を失うプロセス

3.47

ド・ブロイ波長

ド・ブロイの波動粒子双対性の概念から推定される粒子の波長

注記 1:波長はプランク定数と粒子運動量の商として計算されます。

3.48

エネルギー固有値

基底状態の原子の電子構造のディラック・フォック表現における単一電子シュレーディンガーまたはディラックの公式を解くことによって得られる、原子、分子、イオン、または固体内の単一の束縛電子準位のエネルギー値

注記 1:固有値は、特定の積分公式の解であり、その特殊なケースとしては、原子、分子、イオン、または固体内の電子のシュレディンガー公式があります。

注記 2: 凍結軌道近似 (3.49) では、 正孔状態 (3.62 ) の 結合エネルギー (12.16 ) は、対応する単一電子エネルギー固有値の負の数で与えられます。

3.49

凍結軌道近似

原子または分子内に残る電子の一電子波動関数はイオン化後も変化しないという仮定

注記 1:凍結軌道近似では、電子の 結合エネルギー (12.16) は、 エネルギー固有値 (3.48) の負の数で与えられます。

3.50

コープマンエネルギー

電子の無限遠への移動が 電子緩和を伴わないと仮定して、軌道内の電子の計算されたエネルギー (3.58)

3.51

軌道エネルギー

<XPS> 原子内 緩和 (3.57 ) を補正したクープマンス エネルギー (3.50)

3.52

スピン軌道の分裂

スピンと軌道角運動量の結合から生じる原子内の p, d, または f 準位の分裂

3.53

興奮状態

基底状態よりも高いエネルギーを持つ系の状態

注記 1:この用語は一般に、電子的に励起された状態のいずれかにある分子を特徴付けるために使用されますが、電子の基底状態における振動および/または回転励起を指すこともあります。

3.54

初期状態

<AES> オージェ遷移 (12.33) または X 線放出前の原子のコアホール 励起状態 (3.53)

3.55

初期状態

<XPS> 光電子放出前の原子の基底状態

3.56

最終状態

<AES, XPS> 特定のオージェ、X 線、または 光電子放出 (12.8) プロセス後に生じる原子の状態

3.57

リラックス

原子、分子、またはイオンが、より高い位置エネルギー状態からより低い位置エネルギー状態に変換されるプロセス

注記 1: 電子緩和 (3.58) を参照。

3.58

電子リラクゼーション

緩和 (3.57) エネルギー準位間の電子の遷移によって生じ、エネルギーの放出が生じること

注記 1: エネルギーの放出により、光子または他の粒子が放出される可能性があります。

3.59

リラクゼーションエネルギー

<XPS> 系の 最終状態 (3.56) のエネルギーを最小限に抑えるための、原子電子の除去に対する原子内または原子外の電子的再調整に関連するエネルギー

3.60

原子外緩和エネルギー

スクリーニングエネルギー

周囲の電子のクーロン引力による固体内のイオン化原子のエネルギーの減少

3.61

得る

原子、分子、または固体内の電子空孔

3.62

状態を取得する

正孔を含む原子、分子、または固体の電子配置 (3.61)

3.63

観客の穴

原子の電子構造における 正孔状態 (3.62) オージェ電子 (12.32) や X 線光電子放出などのプロセス中に存在する可能性があるが、そのプロセスでは生成または破壊されません。

3.64

蛍光X線

<AES, TXRF, XPS> 充填シェルからコア ホールへの電子の遷移によって生成される X 線 (3.61) 、より高い 結合エネルギーで入射放射線によって生成される (12.16)

3.65

蛍光収量

<AES, TXRF, XPS> 特定の内殻に空孔のある原子が 蛍光X線により緩和する確率 (3.64)

3.66

特性X線

イオン化した原子から放出され、原子番号と原子の化学的環境に特徴的なエネルギーと強度の特定の分布を持つ光子。

注記 1: XPS (11.6) では、この用語は、サンプル内の光電子を励起するために使用される X 線源に適用されます。

注記 2:電子プローブ微量分析では、試料から放出される特性 X 線を検出して分析し、試料の組成に関する情報を得る。

3.67

X線線幅

主 特性 X 線 (3.66) 線のエネルギー幅

注記 1: XPS (11.6) では、X 線の線幅は通常、X 線源の線幅を指します。

注記 2: X 線の線幅は光電子の ピーク幅に寄与します (3.28) 。

3.68

X線モノクロメータ

狭いエネルギーまたは波長帯域以外のエネルギーの光子を除去するために使用される装置

3.69

イオン寿命

イオンが特定の電子配置、たとえば原子の特定の殻の空孔として存在する平均時間

3.70

オージェ脱励磁

励起された原子またはイオンの過剰なエネルギーが オージェ過程によって放棄される過程 (12.30)

注記 1: オージェ中和 (3.71) を参照。

注記 2: オージェ過程では、隣接する原子のエネルギー準位が関与し、電子が真空に放出される可能性があります。この電子のエネルギーは、準安定プローブ原子 (例: He) が近接している表面原子の特徴となることができます。

3.71

オージェ中和

<表面のイオン> 電子が固体の伝導帯からトンネリングして入射イオンを中和し、表面原子から電子が放出されるプロセス

注記 1: 放出された電子は真空中に放出される可能性があります。

3.72

時定数

<アナログ電子回路> ステップ関数の入力に応じて信号が [1 − (1/e)], つまり最終値の 63.2% だけ変化するのに必要な時間

3.73

合計ルール

<誘電関数> 指定された誘電関数の積分の値を与える式

注記 1:あらゆる材料の複素誘電率の虚数部の積分および複素誘電率の逆数の虚数部の期待値を与える式が導出されています。積分には、指定された誘電関数と、ゼロ周波数から無限周波数までの周波数または逆周波数の積が含まれます。各積分の値は、指定された積分の値を期待値と比較することにより、材料の一連の誘電データの内部一貫性を評価するために使用できます。実際には、積分は低周波数 (赤外線または可視光子エネルギーに相当) から、材料内の原子の最大の K 殻 結合エネルギー (12.16) に相当する周波数よりもはるかに高い周波数まで行われます。

注記 2: 指定された誘電関数と周波数の積の積分は、材料内の原子または分子あたりの電子の総数に比例します。この和則は、f-sum 則、発振器強度和則、またはトーマス・ライヒ・クーン和則と呼ばれることがよくあります。

3 Terms related to general concepts in surface chemical analysis

ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:

3.1

interface

boundary between two phases having different chemical, elemental, or physical properties

3.2

surface

interface (3.1) between a condensed phase and a gas, vapour, or free space

3.3

measurand

quantity intended to be measured

[SOURCE:ISO/IEC Guide 99:2007,[1] 2.3, modified — The notes to entry have been deleted.]

3.4

analyte

substance or chemical constituent that is subjected to measurement

3.5

chemical species

atom, molecule, ion, or functional group

3.6

unified atomic mass unit

u

dalton

da

unit equal to 1/12 of the mass of the nuclide 12C at rest and in its ground state

Note 1 to entry: 1 u ≈ 1,660 538 86 × 10−27 kg with a one-standard-deviation uncertainty of ±0,000 000 28 × 10−27 kg.[2] This is a non-SI unit, accepted for use with the International System, whose value in SI units is obtained experimentally.

Note 2 to entry: The term dalton, symbol Da, is preferred over unified atomic mass unit as it is both shorter and works better with prefixes.

Note 3 to entry: The above definition was agreed upon by the International Union of Pure and Applied Physics in 1960 and the International Union of Pure and Applied Chemistry in 1961, resolving a longstanding difference between chemists and physicists. The unified atomic mass unit replaced the atomic mass unit (chemical scale) and the atomic mass unit (physical scale), both having the symbol amu. The amu (physical scale) was one-sixteenth of the mass of an atom of oxygen-16. The amu (chemical scale) was one-sixteenth of the average mass of oxygen atoms as found in nature. In the 1998 CODATA, 1 u = 1,000 317 9 amu (physical scale) = 1,000 043 amu (chemical scale).

3.7

reference method

thoroughly investigated method, clearly and exactly describing the necessary conditions and procedures for the measurement of one or more property values, that has been shown to have accuracy and precision commensurate with its intended use and that can therefore be used to assess the accuracy of other methods for the same measurement, particularly in permitting the characterization of a reference material (5.1)

[SOURCE:ISO Guide 30:1992+A1:2008[3]]

3.8

quantitative analysis

determination of the amount of analyte (3.4) detected in, or on, a sample

Note 1 to entry: The analytes can be elemental or compound in nature.

Note 2 to entry: The amounts can be expressed, for example, as atomic or mass percent, atomic or mass fraction, mole or mass per unit volume, as appropriate or as desired.

Note 3 to entry: The sample material can be inhomogeneous so that a particular model structure may be assumed in the interpretation. Details of that model should be stated.

3.9

detection limit

smallest amount of an element or compound that can be measured under specified analysis conditions

Note 1 to entry: The detection limit is often taken to correspond to the amount of material for which the total signal for that material minus the background signal (3.21) is three times the standard deviation of the signal above the background signal. This approach is simplistic and, for more accurate and rigorous definitions of detection limits, the References [4] and [5] should be consulted.

Note 2 to entry: The detection limit can be expressed in many ways, depending on the purpose. Examples of ways of expressing it are mass or weight fraction, atomic fraction, concentration, number of atoms, and mass or weight.

Note 3 to entry: The detection limit is generally different for different materials.

3.10

matrix effects

change in the intensities or spectral information per atom of the analyte (3.4) arising from change in the chemical or physical environment

Note 1 to entry: Examples of these environments are varying sample morphologies [e.g. thin films (5.13) , clusters, fibres, nanostructures] of different dimensions, the amorphous or crystalline state, changes of matrix species, and the proximity of other physical phases or chemical species (3.5) .

3.11

matrix factor

factors, arising from the composition of the matrix, for multiplying the quotient of the measured intensity and the appropriate sensitivity factor in formulae to determine the composition using surface analytical techniques

Note 1 to entry: See average matrix sensitivity factor and pure-element sensitivity factor.

Note 2 to entry: In methods such as AES (11.1) , the matrix factor is determined in part by the composition of the sub-surface material and in part by the composition of the analysis volume (8.48) in the sample.

3.12

absolute elemental sensitivity factor

coefficient for an element by which the measured intensity for that element is divided to yield the atomic concentration or atomic fraction of the element present in the sample

Note 1 to entry: See elemental relative sensitivity factor (12.92) (20.61).

Note 2 to entry: The choice of atomic concentration or atomic fraction should be made clear.

Note 3 to entry: The type of sensitivity factor utilized should be appropriate for the formulae used in the quantification process and for the type of sample analysed, for example homogeneous samples or segregated layers.

Note 4 to entry: The source of sensitivity factors should be given to ensure that the correct matrix factors (3.11) or other parameters are used.

Note 5 to entry: Sensitivity factors depend on parameters of the excitation source, the spectrometer, and the orientation of the sample to these parts of the instrument. Sensitivity factors also depend on the matrix being analysed, and in SIMS (19.1) this has a dominating influence.

3.13

step size

distance between values in measurand (3.3) space from which individual data points are acquired

3.14

sweep

single, complete acquisition of one set of data

3.15

peak intensity

measure of signal intensity (3.17) for a constituent spectral peak

Note 1 to entry: Intensity is usually measured for quantitative purposes which can be the height of the peak above a defined background or the peak area (3.16) . The units can be counts (3.18) , counts⋅electron volts, counts per second, counts⋅electron volts per second, counts per amu, counts per second per amu, etc. For differential spectra, the intensity can be the peak-to-peak height or the peak-to-background height. The measure of intensity should be defined and the units stated in each case.

Note 2 to entry: The meaning is very rarely the literal meaning of the intensity value at the top of the measured peak either before or after removal of any background.

3.16

peak area

area under a peak in a spectrum after background removal

Note 1 to entry: See inelastic electron scattering background subtraction (12.85) and signal intensity (3.17) .

Note 2 to entry: The peak area can be expressed in counts (3.18) , counts per second, counts⋅electron volts, counts⋅electron volts per second, counts per amu, or other units.

3.17

signal intensity

strength of a measured signal at a spectrometer detector or after some defined processing

Note 1 to entry: The signal intensity is subject to significant change between the points of generation and detection of the signal and, further, between the points of detection and display on the measuring instrument.

Note 2 to entry: The signal intensity can be expressed in counts (3.18) (per channel) or counts per second (per channel) or counts⋅electron volts per second or other units. In AES (11.1) , the differential of the signal intensity may be obtained by analogue modulation (12.61) of an electrode in the spectrometer or by numerical differentiation of the spectrum. The type of signal shall be defined.

Note 3 to entry: In an electron or mass spectrum (20.58) , the measured spectrum integrated over energy or mass and solid angle is equal to a current. If the spectrometer has been calibrated, the units of intensity can be current⋅eV−1⋅sr−1 or current⋅amu−1⋅sr−1. If the spectrum has been normalized to unit primary-beam (8.10) current, the appropriate units would be eV−1⋅sr−1 or amu−1⋅sr−1. If the spectrum has also been integrated over the emission solid angle, the appropriate units would be eV−1 or amu−1.

3.18

counts

total number of pulses recorded by a detector system in a defined time interval

Note 1 to entry: The counts can be representative, one-for-one with the particles being detected [in the absence of dead time (7.17) losses in the counting measurement] in which case they follow Poissonian statistics [unless other noise (3.19) sources are present] or they can simply be proportional to the number of particles being detected. The type of measure shall be clearly stated.

Note 2 to entry: In multidetector systems, the apportion of counts into relevant channels of the spectrum can lead to changes from the expected Poissonian statistics in each channel since the counts in neighbouring channels can be partly correlated.

3.19

noise

time-varying disturbances superimposed on the analytical signal with fluctuations, leading to uncertainty in the signal intensity (3.17)

Note 1 to entry: An accurate measure of noise can be determined from the standard deviation of the fluctuations. Visual or other estimates, such as peak-to-peak noise in a spectrum, can be useful as semiquantitative measures of noise.

Note 2 to entry: The fluctuations in the measured intensity can arise from a number of causes, such as statistical noise (3.20) and electrical interference.

3.20

statistical noise

noise (3.19) in the spectrum due solely to the statistics of randomly detected single events

Note 1 to entry: For single-particle counting systems exhibiting Poisson statistics, the standard deviation of a large number of measures of an otherwise steady count rate, N, each in the same time interval, is equal to the square root of N.

Note 2 to entry: In multidetector systems, the data processing required to generate the output spectrum can lead to statistical correlation between adjacent channels and also an apparent noise in each channel that is less than Poissonian.

3.21

background signal

signal present at a particular position, energy, mass or wavelength due to processes or sources other than those of primary interest

Note 1 to entry: See metastable background (20.36) , Shirley background (12.86) , Sickafus background (12.87) , and Tougaard background (12.88) .

3.22

peak-to-background ratio

signal-to-background ratio

ratio of the maximum height of the peak above the background intensity to the magnitude of that background intensity

Note 1 to entry: Signal-to-background ratio is the more commonly used term in GDS (15.1) ここで, it is abbreviated to SBR. Peak-to-background ratio is the more commonly used term for types of electron spectroscopies such as AES (11.1) and XPS (11.6) .

Note 2 to entry: The method of estimating the background intensity shall be given. For AES, the background intensity is often determined at a kinetic energy (3.35) just above the peak of interest.

3.23

signal-to-noise ratio

ratio of the signal intensity (3.17) to a measure of the total noise (3.19) in determining that signal

Note 1 to entry: See statistical noise (3.20) .

Note 2 to entry: The noise in AES (11.1) is often measured at a convenient region of the spectral background close to the peak.

3.24

smoothing

mathematical treatment of data to reduce the apparent noise (3.19)

3.25

interference signal

<mass spectrometry, spectroscopy> signal, measured at the mass, energy, or wavelength position of interest, due to another, undesired, species

Note 1 to entry: In general laboratory use, interference can be used more broadly to indicate electrical noise (3.19) , line pick-up, or other unwanted contributions to the detected signal.

3.26

relative standard deviation of the background

quotient of the standard deviation characterizing the noise (3.19) in the background signal (3.21) by the intensity of the background signal

3.27

lineshape

measured shape of a particular spectral feature

3.28

peak width

width of a peak at a defined fraction of the peak height

Note 1 to entry: See intrinsic linewidth (12.22) .

Note 2 to entry: Any background subtraction method used should be specified.

Note 3 to entry: The most common measure of peak width is the full width of the peak at half maximum (FWHM) intensity.

Note 4 to entry: For asymmetrical peaks, convenient measures of peak width are the half-widths of each side of the peak at half maximum intensity.

3.29

peak fitting

procedure whereby a spectrum, generated by peak synthesis (3.30) , is adjusted to match a measured spectrum

Note 1 to entry: A least-squares optimization procedure is generally used in a computer programme for this purpose.

Note 2 to entry: The selected peak shape and the background shape should be defined. Any constraints imposed on the adjustment process should also be defined.

3.30

peak synthesis

procedure whereby a synthetic spectrum is generated, using either model or experimental peak shapes, in which the number of peaks, the peak shapes, the peak widths (3.28) , the peak positions, the peak intensities, and the background shape and intensity are adjusted for peak fitting (3.29)

Note 1 to entry: The selected peak shape and the background shape should be defined.

3.31

lateral profile

chemical or elemental composition, signal intensity (3.17) or processed intensity information from the available software measured in a specified direction parallel to the surface (3.2)

Note 1 to entry: See line scan (8.56) .

3.32

depth profile

vertical profile

chemical or elemental composition, signal intensity (3.17) or processed intensity information from the available software measured in a direction normal to the surface (3.2)

Note 1 to entry: See compositional depth profile (3.33) .

3.33

compositional depth profile

CDP

atomic or molecular composition measured as a function of distance normal to the surface (3.2)

3.34

depth profiling

monitoring of signal intensity (3.17) as a function of a variable that can be related to distance normal to the surface (3.2)

Note 1 to entry: See compositional depth profile (3.33) .

Note 2 to entry: In a sputter depth profile (9.1) the signal intensity is usually measured as a function of the sputtering (9.3) time.

3.35

kinetic energy

energy of motion

Note 1 to entry: The energy of a charged particle due to motion is not necessarily constant and varies with the local electric potential. If all local electrodes are at ground potential, the kinetic energy of the particle varies with the local vacuum level (12.10) . This vacuum level can vary over a range of 1 eV in different regions of AES (11.1) and XPS (11.6) instruments and measured electron energies can similarly vary. This variation is removed if the kinetic energies are referred to the Fermi level (12.9) . In XPS, by convention, the Fermi level is always used but in AES both vacuum (12.76) and Fermi level referencing (12.75) are practised. Instruments capable of both AES and XPS are Fermi level referenced. Fermi level referencing is recommended for accurate measurements of energies in AES. In electron spectrometers (12.58) , Fermi level referenced energies are typically 4,5 eV greater than those referenced to the vacuum level. It is convenient in AES to assume a standard vacuum level (12.11) of 4,500 eV above the Fermi level so that the energies of Auger electron (12.32) peaks, referenced to the Fermi level, can be converted in a consistent way to energies referenced to the vacuum level and vice versa.

3.36

ion species

type and charge of an ion

EXAMPLE:

ar+, O, and H2+.

Note 1 to entry: If an isotope is used, it should be specified.

3.37

radical

atoms or molecular entity possessing an unpaired electron

Note 1 to entry: Entities such as ch3, SnH3, and Cl have formulae in which the dot symbolizing the unpaired electron is placed so as to indicate the atom of highest spin density, if this is possible. Paramagnetic metal ions are not normally regarded as radicals.

Note 2 to entry: Depending upon the core atom that possesses the unpaired electron, the radicals can be described as carbon-, oxygen-, nitrogen-, or metal-centred radicals. If the unpaired electron occupies an orbital having considerable “s” or more or less pure “p” character, the respective radicals are termed σ- or π-radicals.

Note 3 to entry: The adjective “free” is no longer used.

3.38

radical ion

radical (3.37) carrying an electric charge

Note 1 to entry: A positively charged radical is called a “radical cation” (e.g. the benzene radical cation C6H6 +); a negatively charged radical is called a “radical anion” (e.g. the benzene radical anion C6H6 or the benzophenone radical anion Ph2C−O ). Commonly, but not necessarily, the odd electron and the charge are associated with the same atom. Unless the positions of unpaired spin and charge can be associated with specific atoms, superscript dot and charge designations should be placed in the order • + or • − as suggested by the name “radical ion” (e.g. C3H6 +).

3.39

light ion

ion lighter than lithium

Note 1 to entry: See intermediate-mass ion (3.40) and heavy ion (3.41) .

3.40

intermediate-mass ion

ion with mass between, and including, lithium and argon

Note 1 to entry: See heavy ion (3.41) and light ion (3.39) .

3.41

heavy ion

ion heavier than argon

Note 1 to entry: See intermediate-mass ion (3.40) and light ion (3.39) .

3.42

anion

negatively charged ion

Note 1 to entry: See cation (3.43) .

3.43

cation

positively charged ion

Note 1 to entry: See anion (3.42) and cationized molecule (20.22) .

3.44

cluster ion

ion composed of many atoms or chemical species (3.5)

Note 1 to entry: The cluster can have a positive or negative charge.

Note 2 to entry: Cluster ions are used to desorb molecular species from surfaces with enhanced efficiencies. Examples include ions produced in liquid metal sources (Aun+, Bin+) as well as ions produced by electron impact [C60+, Arn+ (H2O) n+].

3.45

ionization efficiency

ratio of the number of ions formed to the number of electrons, ions, or photons used in an ionization process

[SOURCE:IUPAC]

3.46

ion neutralization

<ISS, SIMS> charge exchange (16.35) process in which an ion loses its charge through interactions with a material surface (3.2) or with gas-phase atoms or molecules

3.47

de Broglie wavelength

wavelength of a particle deduced from de Broglie's concept of wave-particle duality

Note 1 to entry: The wavelength is calculated as the quotient of Planck's constant and the particle momentum.

3.48

energy eigenvalue

energy value of a single bound electron level in an atom, molecule, ion, or solid obtained by solving the single-electron Schrödinger or Dirac formula in the Dirac-Fock representation of the electronic structure of an atom in its ground state

Note 1 to entry: Eigenvalues are the solutions to certain integral formulae, a special case of which is the Schrödinger formula for electrons in atoms, molecules, ions, or solids.

Note 2 to entry: In the frozen-orbital approximation (3.49) , the binding energy (12.16) of a hole state (3.62) is given by the negative of the corresponding single-electron energy eigenvalue.

3.49

frozen-orbital approximation

assumption that the one-electron wavefunctions of the electrons remaining in an atom or molecule are unchanged after ionization

Note 1 to entry: In the frozen-orbital approximation, the binding energy (12.16) of an electron is given by the negative of the energy eigenvalue (3.48) .

3.50

Koopmans energy

calculated energy of an electron in an orbital, on the assumption that its removal to infinity is unaccompanied by electronic relaxation (3.58)

3.51

orbital energy

<XPS> Koopmans energy (3.50) corrected for intra-atomic relaxation (3.57)

3.52

spin orbit splitting

splitting of p, d, or f levels in an atom arising from coupling of the spin and orbital angular momentum

3.53

excited state

state of a system with energy higher than that of the ground state

Note 1 to entry: This term is generally used to characterize a molecule in one of its electronically excited states, but can also refer to vibrational and/or rotational excitation in the electronic ground state.

3.54

initial state

<AES> core-hole excited state (3.53) of an atom prior to an Auger transition (12.33) or to X-ray emission

3.55

initial state

<XPS> ground state of an atom prior to photoelectron emission

3.56

final state

<AES, XPS> state of an atom resulting after a particular Auger, X-ray, or photoemission (12.8) process

3.57

relaxation

process by which an atom, molecule, or ion is transformed from a higher potential-energy state to a lower potential-energy state

Note 1 to entry: See electronic relaxation (3.58) .

3.58

electronic relaxation

relaxation (3.57) resulting from the transition of an electron between energy levels, resulting in the release of energy

Note 1 to entry: The energy release can result in the ejection of a photon or other particle.

3.59

relaxation energy

<XPS> energy associated with intra-atomic or extra-atomic electronic readjustment to the removal of an atomic electron, so as to minimize the energy of the final state (3.56) of the system

3.60

extra-atomic relaxation energy

screening energy

diminished energy of an ionized atom in a solid due to coulombic attraction of electrons in the immediate environment

3.61

hole

electronic vacancy in an atom, molecule, or solid

3.62

hole state

electronic configuration of an atom, molecule, or solid containing a hole (3.61)

3.63

spectator hole

hole state (3.62) in the electronic structure of an atom that can be present during processes such as Auger electron (12.32) and X-ray photoelectron emission but is not created or destroyed in the process

3.64

X-ray fluorescence

<AES, TXRF, XPS> X-rays generated by a transition of an electron from a filled shell to a core hole (3.61) , created by incident radiation, at a higher binding energy (12.16)

3.65

fluorescence yield

<AES, TXRF, XPS> probability that an atom with a vacancy in a particular inner shell relaxes by X-ray fluorescence (3.64)

3.66

characteristic X-rays

photons emitted by ionized atoms and having a particular distribution in energy and intensity which is characteristic of the atomic number and chemical environment of the atom

Note 1 to entry: In XPS (11.6) , the term is applied to the X-ray source used to excite photoelectrons in the sample.

Note 2 to entry: In electron probe microanalysis, characteristic X-rays emitted from the sample are detected and analysed to give information on the composition of the sample.

3.67

X-ray linewidth

energy width of the principal characteristic X-ray (3.66) line

Note 1 to entry: In XPS (11.6) the X-ray linewidth usually refers to that of the X-ray source.

Note 2 to entry: The X-ray linewidth contributes to the photoelectron peak widths (3.28) .

3.68

X-ray monochromator

device used to eliminate photons of energies other than those in a narrow energy or wavelength band

3.69

ion lifetime

average time that an ion exists in a particular electronic configuration, for example as a vacancy in a particular shell of an atom

3.70

Auger de-excitation

process in which the excess energy of an excited atom or ion is given up by the Auger process (12.30)

Note 1 to entry: See Auger neutralization (3.71) .

Note 2 to entry: The Auger process can involve energy levels in neighbouring atoms and lead to ejection of an electron into the vacuum. This electron's energy can then usefully be characteristic of a surface atom with which a metastable probe atom (e.g. He) is in close proximity.

3.71

Auger neutralization

<ion at a surface> process in which an electron, tunnelling from the conduction band of a solid, neutralizes an incoming ion and an electron is ejected from a surface atom

Note 1 to entry: The ejected electron can be emitted into the vacuum.

3.72

time constant

<analogue electronic circuits> time required for a signal to change by [1 − (1/e)], or 63,2 %, of its final value in response to a step function input

3.73

sum rule

<dielectric function> formula that gives the value of an integral of a specified dielectric function

Note 1 to entry: Formulae have been derived that give expected values of integrals of the imaginary part of the complex dielectric constant and of the imaginary part of the reciprocal of the complex dielectric constant for any material. The integrals involve the product of the specified dielectric function and either frequency or inverse frequency from zero frequency to an infinite frequency. The values of each integral can be used to assess the internal consistency of a set of dielectric data for a material by comparing values of the specified integrals to expected values. In practice, the integrations are made from low frequencies (corresponding to infrared or visible photon energies) to frequencies much higher than those corresponding to the largest K-shell binding energy (12.16) of atoms in the material.

Note 2 to entry: The integral of the product of the specified dielectric function and frequency is proportional to the total number of electrons per atom or molecule in the material. This sum rule is often referred to as the f-sum rule, the oscillator-strength sum rule, or the Thomas-Reiche-Kuhn sum rule.