XPS仪由X射线激发源、样品台、电子能量分析器、检测器系统、超高真空系统等部分组成。
X射线源：在目前的商品仪器中，一般采用Al/Mg双阳极X射线源。常用的激发源有Mg Ka X射线，光子能量为1253.6 eV和Al Ka X射线，光子能量为1486.6 eV。
电子能量分析器：电子能量分析器是XPS的中心部件。其功能是测量光电子的能量分布。有两种类型：半球形分析器和筒镜形分析器。半球形分析器对光电子的传输效率高和能量分辨率好，多用在XPS谱仪上。筒镜形分析器对俄歇电子的传输效率高，主要用在俄歇电子能谱仪上。
超高真空系统：在XPS仪中必须采用超高真空系统，真空度约为10-7Pa，主要是出于以下两方面的原因：避免X射线和光电子与残余气体分子碰撞而损失能量。保持样品表面的原始状态，不发生表面吸附现象。
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