Wat is foto -elektronenspectroscopie?
Foto -elektronenspectroscopie is een methode voor het analyseren van stoffen met behulp van het foto -elektrische effect. Wanneer een foton interageert met een atoom of molecuul, kan dit - als het voldoende energie heeft - ervoor zorgen dat een elektron wordt uitgeworpen. Het elektron wordt uitgeworpen met een kinetische energie die afhankelijk is van de initiële energietoestand en de energie van het inkomende foton. De golflengte van het foton bepaalt zijn energie, met kortere golflengten met hogere energieën. Door een stof te bestralen met fotonen van een bekende golflengte, is het mogelijk om informatie te verkrijgen over de chemische samenstelling ervan en andere eigenschappen, door de kinetische energieën van de uitgeworpen elektronen te meten.
Wanneer een negatief geladen elektron wordt uitgeworpen uit een atoom, wordt een positief ion gevormd en wordt de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron uit te werpen bekend als de ionisatie -energie of bindende energie bekend staat. Elektronen zijn in orbitalen gerangschiktDe atomaire kern en meer energie is vereist om degenen die dicht bij de kern zijn los te maken dan die in meer verre orbitalen. De ionisatie -energie van een elektron hangt voornamelijk af van de lading van de kern - elk chemisch element heeft een ander aantal protonen in de kern en dus een andere lading - en van het orbitaal van het elektron. Elk element heeft zijn eigen unieke patroon van ionisatie -energieën en bij foto -elektronenspectroscopie is de ionisatie -energie voor elk gedetecteerd elektron eenvoudigweg de energie van het inkomende foton minus de kinetische energie van het uitgeworpen elektron. Omdat de eerste waarde bekend is en de tweede kan worden gemeten, kunnen de elementen in een monster worden bepaald uit de waargenomen patronen van ionisatie -energieën.
Relatief energetische fotonen zijn nodig om elektronen uit te werpen, wat betekent dat straling naar het hoge energie, korte golflengte uiteinde van het elektromagnetische spectrum vereist is. Dit heeft geleid tot twee hoofdmethoDS: Ultraviolet foto-elektronenspectroscopie (UPS) en röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS). Ultraviolette straling kan alleen de buitenste, valentie-elektronen uit moleculen uitwerpen, maar röntgenfoto's kunnen kernelektronen dicht bij de kern uitwerpen vanwege hun hogere energie.
Röntgenfoto-elektronspectroscopie wordt uitgevoerd door een monster te bombarderen met röntgenfoto's met een enkele frequentie en de energieën van de uitgestoten elektronen te meten. Het monster moet in een ultrahoge vacuümkamer worden geplaatst om te voorkomen dat fotonen en uitgestoten elektronen worden geabsorbeerd door gassen en om ervoor te zorgen dat er geen geadsorbeerde gassen op het monsteroppervlak zijn. De energie van de uitgezonden elektronen wordt bepaald door het meten van hun verspreiding binnen een elektrisch veld - die met hogere energieën zullen in mindere mate door het veld worden afgebogen. Omdat de ionisatie -energieën van kernelektronen worden verplaatst naar iets hogere waarden wanneer het betrokken element zich in een geoxideerde toestand bevindt, kan deze methode niet alleen informatie biedenRmatie over de aanwezige elementen, maar ook over hun oxidatietoestanden. Röntgenfoto-röntgenfoto's kan niet worden gebruikt voor vloeistoffen vanwege de vereiste voor vacuümomstandigheden en wordt normaal gebruikt voor oppervlakte-analyse van vaste monsters.
Ultraviolette foto -elektronenspectroscopie werkt op een vergelijkbare manier, maar het gebruik van fotonen in het ultraviolette bereik van het spectrum. Deze worden meestal geproduceerd door een gasafvoerlamp met behulp van een van de edelgassen, zoals helium, om fotonen van een enkele golflengte te leveren. UPS werd eerst gebruikt om ionisatie -energieën voor gasvormige moleculen te bepalen, maar wordt nu vaak gebruikt om de elektronische structuur van materialen te onderzoeken.