¿Qué es la espectroscopía de fotoelectrones?
La espectroscopía de fotoelectrones es un método para analizar sustancias utilizando el efecto fotoeléctrico. Cuando un fotón interactúa con un átomo o molécula, puede, si tiene suficiente energía, hacer que un electrón sea expulsado. El electrón se expulsa con una energía cinética que depende de su estado de energía inicial y la energía del fotón entrante. La longitud de onda del fotón determina su energía, con longitudes de onda más cortas que tienen energías más altas. Al irradiar una sustancia con fotones de una longitud de onda conocida, es posible obtener información sobre su composición química y otras propiedades, midiendo las energías cinéticas de los electrones expulsados.
Cuando se expulsa un electrón negativamente cargado de un átomo, se forma un ion positivo y la cantidad de energía requerida para expulsar un electrón se conoce como energía de ionización o energía de unión. Los electrones están dispuestos en orbitales alrededorEl núcleo atómico, y se requiere más energía para desalojar a los cercanos al núcleo que a los de orbitales más distantes. La energía de ionización de un electrón depende principalmente de la carga del núcleo (cada elemento químico tiene un número diferente de protones en el núcleo y, por lo tanto, una carga diferente, y en el orbital del electrón. Cada elemento tiene su propio patrón único de energías de ionización y en la espectroscopía de fotoelectrones, la energía de ionización para cada electrón que se detecta es simplemente la energía del fotón entrante menos la energía cinética del electrón expulsado. Dado que el primer valor se conoce y el segundo se puede medir, los elementos presentes en una muestra se pueden determinar a partir de los patrones de las energías de ionización observadas.
Se necesitan fotones relativamente enérgicos para expulsar electrones, lo que significa que se requiere radiación hacia la alta energía, extremo corto de longitud de onda del espectro electromagnético. Esto ha dado lugar a dos metales principalesDS: espectroscopía de fotoelectrones ultravioleta (UPS) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS). La radiación ultravioleta solo puede expulsar los electrones de valencia más externos de las moléculas, pero los rayos X pueden expulsar electrones centrales cerca del núcleo debido a su mayor energía.
.La espectroscopía de fotoelectrones de rayos X se lleva a cabo bombardeando una muestra con rayos X a una sola frecuencia y midiendo las energías de los electrones emitidos. La muestra debe colocarse en una cámara de vacío ultra alta para evitar que los fotones y los electrones emitidos sean absorbidos por gases y para asegurarse de que no haya gases adsorbidos en la superficie de la muestra. La energía de los electrones emitidos se determina midiendo su dispersión dentro de un campo eléctrico; las personas con energías más altas serán desviadas en menor medida por el campo. Dado que las energías de ionización de los electrones centrales se cambian a valores ligeramente más altos cuando el elemento en cuestión está en un estado oxidado, este método no solo puede proporcionar informaciónRmation sobre los elementos presentes, pero también sobre sus estados de oxidación. La fotoespectroscopía de rayos X no se puede usar para líquidos debido al requisito de condiciones de vacío y normalmente se usa para el análisis de superficie de muestras sólidas.
La espectroscopía de fotoelectrones ultravioleta funciona de manera similar, pero usando fotones en el rango ultravioleta del espectro. Estos son producidos más comúnmente por una lámpara de descarga de gas utilizando uno de los gases nobles, como el helio, para proporcionar fotones de una sola longitud de onda. UPS se utilizó por primera vez para determinar las energías de ionización para las moléculas gaseosas, pero ahora a menudo se emplea para investigar la estructura electrónica de los materiales.