O que é espectroscopia de fotoelétrons?

A espectroscopia de fotoelétrons é um método de análise de substâncias usando o efeito fotoelétrico. Quando um fóton interage com um átomo ou molécula, ele pode - se tiver energia suficiente - faça com que um elétron seja ejetado. O elétron é ejetado com uma energia cinética que depende de seu estado de energia inicial e da energia do fóton que se pode receber. O comprimento de onda do fóton determina sua energia, com comprimentos de onda mais curtos com energias mais altas. Ao irradiar uma substância com fótons de um comprimento de onda conhecido, é possível obter informações sobre sua composição química e outras propriedades, medindo as energias cinéticas dos elétrons ejetados.

Quando um elétron carregado negativamente é ejetado de um átomo, um íon positivo é formado e a quantidade de energia necessária para ejetar um elétron é conhecida como energia de ionização ou energia de ligação. Os elétrons estão organizados em orbitais ao redorO núcleo atômico e mais energia são necessários para desalojar aqueles próximos ao núcleo do que aqueles em orbitais mais distantes. A energia de ionização de um elétron depende principalmente da carga do núcleo - cada elemento químico tem um número diferente de prótons no núcleo e, portanto, uma carga diferente - e sobre o orbital do elétron. Cada elemento possui seu próprio padrão exclusivo de energias de ionização e em espectroscopia de fotoelétrons, a energia de ionização para cada elétron detectada é simplesmente a energia do fóton que chegou menos a energia cinética do elétron ejetado. Como o primeiro valor é conhecido e o segundo pode ser medido, os elementos presentes em uma amostra podem ser determinados a partir dos padrões de energias de ionização observados.

são necessários fótons relativamente enérgicos para ejetar elétrons, o que significa que a radiação em direção à extremidade de alta energia e comprimento de onda do espectro eletromagnético é necessário. Isso deu origem a dois metais principaisDS: Espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta (UPS) e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS). A radiação ultravioleta só é capaz de ejetar os elétrons de valência mais externos de moléculas, mas os raios X podem ejetar elétrons principais próximos ao núcleo devido à sua energia mais alta.

A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X é realizada bombardeando uma amostra com raios-X em uma única frequência e medindo as energias dos elétrons emitidos. A amostra deve ser colocada em uma câmara de vácuo ultra-alta, a fim de impedir que os fótons e os elétrons emitidos sejam absorvidos por gases e para garantir que não haja gases adsorvidos na superfície da amostra. A energia dos elétrons emitidos é determinada medindo sua dispersão dentro de um campo elétrico - aqueles com energias mais altas serão desviadas em menor grau pelo campo. Como as energias de ionização dos elétrons do núcleo são deslocadas para valores ligeiramente mais altos quando o elemento em questão está em um estado oxidado, esse método pode não apenas fornecer informaçõesRmation sobre os elementos presentes, mas também sobre seus estados de oxidação. A fotoscopia de raios-X não pode ser usada para líquidos devido à exigência de condições de vácuo e é normalmente usada para análise de superfície de amostras sólidas.

A espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta funciona de maneira semelhante, mas usando fótons na faixa ultravioleta do espectro. Estes são mais comumente produzidos por uma lâmpada de descarga de gás usando um dos gases nobres, como o hélio, para fornecer fótons de um único comprimento de onda. A UPS foi usada pela primeira vez para determinar as energias de ionização para moléculas gasosas, mas agora é frequentemente empregado para investigar a estrutura eletrônica dos materiais.