Co to jest spektroskopia fotoelektronowa?
Spektroskopia fotoelektronowa jest metodą analizy substancji za pomocą efektu fotoelektrycznego. Gdy foton oddziałuje z atomem lub cząsteczką, może - jeśli ma wystarczającą ilość energii - powodować wyrzucenie elektronu. Elektron jest wyrzucany z energii kinetycznej, która zależy od początkowego stanu energii i energii przychodzącego fotonu. Długość fali fotonu określa jego energię, przy czym krótsze długości fali mają wyższe energie. Poprzez napromieniowanie substancji o fotonach o znanej długości fali możliwe jest uzyskanie informacji o jej składzie chemicznym i innych właściwościach, pomiarem energii kinetycznych wyrzuconych elektronów.
Gdy ujemnie naładowany elektron jest wyrzucony z atomu, powstaje jon dodatni, a ilość energii wymaganej do wyrzucenia elektronu jest znana jako energia jonizacji lub energia wiązania. Elektrony są ułożone na orbitale wokółJądro atomowe i więcej energii jest wymagane, aby usunąć te bliskie jądrze niż te w bardziej odległych orbitalach. Energia jonizacyjna elektronu zależy głównie od ładunku jądra - każdy element chemiczny ma inną liczbę protonów w jądrze, a zatem inną ładunek - i od orbity elektronów. Każdy element ma swój własny unikalny wzór energii jonizacji, a w spektroskopii fotoelektronowej energia jonizacji dla każdego wykrytych elektronów jest po prostu energią przychodzącego fotonu minus energii kinetycznej wyrzuconego elektronu. Ponieważ pierwsza wartość jest znana, a drugą można zmierzyć, elementy obecne w próbce można określić na podstawie zaobserwowanych wzorów energii jonizacji.
Względnie energetyczne fotony są potrzebne do wyrzucenia elektronów, co oznacza, że wymagane jest promieniowanie w kierunku wysokiej energii, krótkiej długości fali widma elektromagnetycznego. Dało to dwa główne metodyDS: Ultrafioletowa spektroskopia fotoelektronowa (UPS) i spektroskopia fotoelektronowa rentgenowska (XPS). Promieniowanie ultrafioletowe jest w stanie wyrzucić najbardziej zewnętrzne, walencyjne elektronach z cząsteczek, ale promienie rentgenowskie mogą wyrzucić elektrony rdzenia blisko jądra ze względu na ich wyższą energię.
Spektroskopia fotoelektronowa rentgenowska jest przeprowadzana przez bombardowanie próbki za pomocą promieni rentgenowskich o jednej częstotliwości i pomiar energii emitowanych elektronów. Próbkę należy umieścić w ultra wysokiej komorze próżniowej, aby zapobiec fotonom i emitowanym elektronom wchłanianym przez gazy i aby upewnić się, że na powierzchni próbki nie ma zaadsorbowanych gazów. Energia emitowanych elektronów jest określana przez pomiar ich rozproszenia w polu elektrycznym - osoby o wyższych energii zostaną odchylone w mniejszym stopniu przez pole. Ponieważ energie jonizacyjne elektronów rdzeniowych są przesunięte na nieco wyższe wartości, gdy dany element jest w stanie utlenionym, metoda ta może nie tylko dostarczyć informacjiRmacja o obecnych elementach, ale także o ich stanach utleniania. Fothroskopia rentgenowska nie może być stosowana do cieczy ze względu na wymaganie warunków próżniowych i zwykle jest stosowana do analizy powierzchniowej próbek stałych.
Spektroskopia fotoelektronowa ultrafioletowa działa w podobny sposób, ale stosowanie fotonów w zakresie ultrafioletowym widma. Są one najczęściej wytwarzane przez lampę wyładowczą gazową przy użyciu jednego z gazów szlachetnych, takich jak hel, w celu zapewnienia fotonów o jednej długości fali. UPS najpierw zastosowano do określenia energii jonizacji dla cząsteczek gazowych, ale obecnie często stosuje się do zbadania elektronicznej struktury materiałów.