化学、材料类实验仪器和实际生活，对一般人来说，可能觉得就像理论和现实的距离，其实不然。我们初中就用显微镜观察洋葱表皮细胞，当初感慨原来吃下去的是这种小结构；如若，我们把头发丝、蚊子腿放到扫描电子显微镜下，看到的又是什么？把他们放到能谱下，我们就可以知道元素组成。仪器和生活联系在一起，你会发现生活不再神秘，仪器为我们的美好生活提供了更多的创新和可能。
X射线光电子能谱(XPS)是较常用的表面分析技术之一,它不仅能测定材料表面的组成元素,而且还能给出各元素的化学状态信息；XPS谱图数据可对样品进行定性分析，得到有关组分，也可分别对各元素进行化学态、原子分子的化学结构、化学键结合情况分析。因此它是一种用途广泛的现代分析实验技术和表面分析的有力工具,应用在固体物理学、基础化学、催化科学、腐蚀科学、材料科学、微电子技术及薄膜研究等科学研究和工程技术的诸多领域中。近年来，XPS越来越接近现实生活应用。
首先，“吃”相关。随着人们饮食结构的精细化，大米加工精度也随之提高，外观越来越精美，从而使存在于大米表皮的营养物质流失。因此，水稻中矿质元素的分布、理化分析方法以及矿质营养的研究等领域日益成为水稻研究的热点。通过X射线光电子能谱仪对水稻籽粒颖果外表面、近表面、近中部和米中部的元素含量进行定量分析。结果表明，不同加工等级间大米中Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Co、Cu、Zn、Rb和Sr的11种元素存在极显著差异（P＜0.01），并且11 种元素在不同等级间损失率不同；Na、K、Ca、Fe元素在水稻籽粒不同部位的含量有差异，颖果表面Na、K、Ca、Fe含量较高，近中部和米中含量较低。各营养元素在稻谷中分布不均匀，在加工过程中，营养元素将不同程度地损失。
人们的饮食观念逐步由粗放型向营养保健型发展，芸豆作为很重要的一种杂粮，越来越多的受到国内外研究者的青睐，具有广阔的研究开发前景。利用光电子能谱仪测定芸豆子叶和种皮，并对其谱图进行了分析和比较。结果表明，芸豆的子叶主要是由C、O、N 元素组成。黑芸豆子叶中氧碳物质的量比( nO /nC) 最高，为0.26。芸豆的种皮除了有C、O、N 还有Si、Ca、Zn 元素，Si、Ca和Zn的含量超过子叶中的含量，花芸豆种皮氧碳物质的量比最高，为0.22。红芸豆、白芸豆和花芸豆的子叶和种皮中的碳有 C-C( 或 C-H)、C-O( 或C-N) 和C=O这3种存在形态，氧对应有C-O和C=O 2种存在形态。黑芸豆子叶中碳的形态中还出现了O-C=O或者N-CO=N结合形成的峰，氧对应有3种存在形态。芸豆种皮的碳有3种形态，氧有2种形态。利用这种制样简单、对样品无损的光电子能谱技术对芸豆表面的元素组成及分布进行研究，并且比较分析不同种类的芸豆种子种皮和子叶中化学组成及含量的共性与特性，为芸豆的开发和利用提供信息，对芸豆的再利用和精细加工起到了一定的指导作用。
其次，“用”相关。XPS已发展成为分析木材原料的主要研究手段之一，具体主要讲是应用于纤维表面和纸页涂层表面分析。XPS可对植物纤维表面纳米级形态观察，对纤维表面化学成分定性、定量研究。Seisto等用XPS测定了云杉Milox浆和KP纤维表面的化学组成，测定了Milox法废液中的木素。结果表明，Milox浆纤维表面上的可抽提物远低于KP纤维，在总木素含量相同的情况下，Milox 浆纤维的木素含量低。X. Hua等人用XPS对杨木爆破浆的表面进行了研究，结果表明，爆破处理使杨木纤维表面的O/C有所提高，C1峰面积减小，说明爆破浆表面有较高的碳水化合物含量、较低的木素和抽提物。同时还发现爆破浆中S/C提高，说明爆破使纤维表面的木素磺化度提高，从而解释了引起爆破浆强度高的原因之一。另外，XPS还可用于纸页涂层表面分析，主要用于测定胶黏剂在涂层表面和内部的分布、及其与印刷花斑的关系、胶黏剂与颜料的分布关系等。Salvati对各种涂布纸和未涂布纸的表面分析进行了概括描述。在对颜料涂布纸进行分析的同时也用XPS分析合成施胶剂，如AKD、ASA等。与未涂布纸相比，颜料涂布纸如低定量涂布纸（杂志纸）进行XPS分析时有较理想的表面，这是因为涂布纸表面更加平滑，更加均匀。XPS作为一种新型的纸张表面状况分析技术在国内外已得到应用，尤其对纤维表面特性、涂布纸表面涂层结构、胶黏剂的迁移状况及纸张添加剂等方面的研究具有重要意义。
落叶松具有质地坚硬、纹理美观、耐腐蚀性良好等特点，广泛用于建材和家装等领域，但其存在尺寸稳定性差、树脂含量高等缺陷，严重制约了其在更广阔领域的应用。利用XPS可对热处理过程中木材表面化学结构的变化分析。XPS分析表明，木材表面热处理过后氧元素及氧碳比降低，随着热处理温度的升高，木材表面的木质素与抽提物含量增加，羟基数量有所减少。此研究结果从表面化学组成变化方面解释了木材润湿性下降的原因之一，从而为制定适用于落叶松木材真空热处理的合理工艺提供了理论依据和参考，并对运用真空热处理改性人工林木材生产优质产品提供了有用的借鉴。
随着研究的不断深入，XPS将会逐渐得到应用并发挥出其独特的优势。今后的发展趋势不再是单一技术的使用，而是多种测试手段，如扫描电镜、原子力显微镜、激光共聚焦扫描显微镜等的综合利用，以便能扬长避短，得到最理想的综合分析结果。我们相信，在不久的将来，XPS分析技术将在科学研究中得到更广泛的应用，应用也越来越贴近生活。
（公共技术服务中心 苗利静）