Co je to fotoelektronová spektroskopie?
fotoelektronová spektroskopie je metoda analýzy látek pomocí fotoelektrického efektu. Když foton interaguje s atomem nebo molekulou, může - pokud má dostatek energie - způsobit vyhoštění elektron. Elektron je vypuštěna kinetická energie, která závisí na jeho počátečním energetickém stavu a energii příchozího fotonu. Vlnová délka fotonu určuje svou energii, přičemž kratší vlnové délky mají vyšší energie. Ozařováním látky s fotony známé vlnové délky je možné získat informace o jeho chemickém složení a dalších vlastnostech měřením kinetických energií vypuštěných elektronů.
Když je negativně nabitý elektron vystřelen z atomu, vytvoří se kladný ion a množství energie potřebné k vysunutí elektronu se nazývá ionizační energie nebo vazebnou energii. Elektrony jsou uspořádány na orbitálech kolemAtomové jádro a více energie je zapotřebí k uvolnění těch blízkých jádru než ty na vzdálenějších orbitálech. Ionizační energie elektronu závisí hlavně na náboji na jádru - každý chemický prvek má v jádru jiný počet protonů, a tedy odlišný náboj - a na orbitálu elektronu. Každý prvek má svůj vlastní jedinečný vzorec ionizačních energií a ve fotoelektronové spektroskopii, ionizační energie pro každý detekovaný elektron je jednoduše energií příchozího fotonu mínus kinetická energie vypuštěného elektronu. Protože je známa první hodnota a druhá lze měřit, mohou být prvky přítomné ve vzorku stanoveny z pozorovaných vzorců ionizačních energií.
Relativně energetické fotony jsou potřebné k vysunutí elektronů, což znamená, že je nutné záření směrem k vysoké energii, krátké konec elektromagnetického spektra. To vedlo ke dvěma hlavním methoDS: Ultrafialová fotoelektronová spektroskopie (UPS) a rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS). Ultrafialové záření je schopno pouze vysunout nejvzdálenější valenční elektrony z molekul, ale rentgenové paprsky mohou vysunout jádrové elektrony blízko jádra kvůli jejich vyšší energii.
rentgenová fotoelektronová spektroskopie je prováděna bombardováním vzorku rentgenovým paprskem při jedné frekvenci a měřením energie emitovaných elektronů. Vzorek musí být umístěn do ultra vysoké vakuové komory, aby se zabránilo fotony a emitovaným elektronů absorbované plyny a aby se zajistilo, že na povrchu vzorku nejsou žádné adsorbované plyny. Energie emitovaných elektronů se stanoví měřením rozptylu v elektrickém poli - ty s vyšší energií budou v menší míře odkloněny v poli. Vzhledem k tomu, že ionizační energie jádrových elektronů jsou posunuty na mírně vyšší hodnoty, když je dotčený prvek v oxidovaném stavu, může tato metoda nejen poskytnout informaceRMATION O přítomných prvcích, ale také o jejich oxidačních stavech. Rentgenová fotospektroskopie nelze použít pro kapaliny kvůli požadavku na vakuové podmínky a obvykle se používá pro povrchovou analýzu pevných vzorků.
Ultrafialová fotoelektronová spektroskopie pracuje podobným způsobem, ale používá fotony v ultrafialovém rozsahu spektra. Nejčastěji jsou produkovány plynovou vypouštěcí lampou s použitím jednoho z ušlechtilých plynů, jako je helium, k poskytování fotonů jedné vlnové délky. UPS byla poprvé použita ke stanovení ionizačních energií pro plynné molekuly, ale nyní se často používá ke zkoumání elektronické struktury materiálů.