SpectraFit XPS: a free, browser-based application for X-ray photoelectron spectroscopy peak fitting and quantification
SpectraFit XPS 是一款免费的基于浏览器的应用程序，它能够实现安全、客户端的 X 射线光电子能谱 (XPS) 数据分析，提供先进的峰拟合、定量分析以及对 ISO 14976 文件的支持，并已通过与开源项目 KherveFitting 的对比验证了其准确性。
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表面化学是研究任何材料极薄外层的学科，在这个领域中，原子的行为与它们在物体本体中的行为截然不同。为了了解一种材料是由什么组成的，或者它将如何与周围世界发生反应，科学家必须观察这层“皮肤”。他们使用一种称为X射线光电子能谱（XPS）的技术，其原理是向样品发射X射线。这些射线会将原子内部的电子撞击出来。通过测量这些飞行的电子的能量，研究人员可以精确识别出存在哪些元素，以及它们是如何与其邻近原子结合的。这一过程对于开发新材料至关重要，从飞机机翼上的涂层到智能手机中的电路。然而，将这些机器产生的原始数据转化为清晰的化学故事却十分困难。数据以复杂的曲线形式呈现，科学家必须仔细分离重叠的信号，选择合适的数学形状来代表它们，并减去背景噪声以揭示真实的组成成分。几十年来，这一关键步骤一直需要昂贵且专门的软件，而这些软件只能安装在单台计算机上，这为那些需要快速分析数据或需要在不同机器上进行分析的学生、教师和研究人员制造了障碍。
一种名为SpectraFit XPS的新工具通过将整个分析过程引入标准的网络浏览器，消除了这些障碍。该应用由首尔庆熙大学的朴容燮（Yongsup Park）开发，允许任何人进行复杂的化学分析，而无需安装任何软件或将数据发送到服务器。该程序完全在用户自己的计算机上运行，这意味着来自样品的敏感数据永远不会离开机器，这一特性对于保护未发表的研究成果或专有工业样品至关重要。该应用旨在处理科学家的日常工作流程：加载文件、选择要研究的光谱特定区域、选择背景模型，以及放置峰值以代表不同的化学状态。随后，它使用强大的数学引擎将这些形状拟合到数据上，不断精炼峰的位置和高度，直到它们与测得的曲线尽可能匹配。
该软件的设计旨在像其竞争的桌面程序一样具有高度灵活性，提供广泛的工具用于解释数据。它可以利用多种线型对峰进行建模，包括结合了两种不同数学曲线的真实沃伊特谱线（Voigt profiles），以及专门为金属设计的非对称形状。它还包含了处理背景噪声的高级方法，例如随峰值变化而自动调整的动态模型。其一个关键特性是能够将峰值相互关联；例如，如果科学家知道由于来自同一种类型的原子，两个峰必须出现在特定的距离处，那么软件可以将它们锁定在一起，使它们在分析过程中同步移动。这确保了最终结果符合所研究元素的已知物理特性。该工具还支持自旋-轨道双峰（spin-orbit doublets），即某些元素自然产生的成对峰，允许软件根据既定规则自动生成这些峰，而不是要求用户手动放置。
一旦完成峰值拟合，应用程序便进入定量阶段，即计算每种元素的含量。它通过提取每个拟合峰的面积，并将其与已知的灵敏度因子数据库进行对比来实现，这些因子考虑了不同元素释放电子的难易程度。软件可以对电子能量和检测角度进行校正，以确保最终数值的准确性。它包含了一个针对各种X射线机器（如Thermo、Kratos和PHI制造的机器）的灵敏度因子库，并能从文件头中自动检测所使用的仪器，以选择正确的设置。在测试中，该应用已被证明能够精确复现成熟参考软件的结果，在三十个不同测试用例的套件中实现了零偏差。这种精确度让研究人员相信，他们在屏幕上看到的数字是可靠的。
该工具旨在面向广泛的受众，包括无法获得昂贵实验室软件的学生和合作者。它支持读取几乎所有X射线机使用的标准文件格式以及常见的电子表格文件，并可以将结果导出为可用于发表的高质量图像。开发者提供了一套基于常见塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的合成数据集，让新用户可以在没有自有数据的情况下进行拟合和定量练习。尽管该软件功能强大，但作者也明确了其目前的局限性。在宽谱扫描中自动识别元素的过程仍是近似的，可能会遗漏微弱信号或在复杂混合物中报告假阳性。为了获得最准确的结果，作者建议对数据区域进行逐段分析，由用户仔细标注每个峰。该应用程序可免费使用，支持中英双语，代表了向使高水平表面分析通过浏览器即可获取迈出的重要一步，使曾经受限于特定且昂贵软件许可的工具实现了民主化。
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