Hvad er fotoelektronspektroskopi?
Fotoelektronspektroskopi er en metode til analyse af stoffer ved hjælp af den fotoelektriske effekt.Når en foton interagerer med et atom eller molekyle, kan det mdash;Hvis det har nok energi mdash;forårsage, at en elektron skubbes ud.Elektronet skubbes ud med en kinetisk energi, der afhænger af dens oprindelige energitilstand og energien fra den indkommende foton.Fotonens bølgelængde bestemmer dens energi, hvor kortere bølgelængder har højere energi.Ved at bestråle et stof med fotoner med en kendt bølgelængde er det muligt at få information om dets kemiske sammensætning og andre egenskaber ved at måle kinetiske energier i de kastede elektroner.
Når en negativt ladet elektron kastes ud fra et atom, aPositiv ion dannes, og mængden af energi, der kræves for at skubbe en elektron ud, er kendt som ioniseringsenergien eller bindende energi.Elektroner er arrangeret i orbitaler omkring atomkernen, og der kræves mere energi for at fjerne dem, der er tæt på kernen end dem i fjernere orbitaler.Ioniseringsenergien af en elektron afhænger hovedsageligt af ladningen på kernen og mdash;Hvert kemisk element har et andet antal protoner i kernen og derfor en anden ladning mdash;og på elektronets orbital.Hvert element har sit eget unikke mønster af ioniseringsenergier, og i fotoelektronspektroskopi er ioniseringsenergien for hvert elektron, der detekteres, simpelthen energien fra den indkommende foton minus den kinetiske energi i det udsendte elektron.Da den første værdi er kendt, og den anden kan måles, kan elementerne, der er til stede i en prøve, bestemmes ud fra mønstrene for ioniseringsenergier, der er observeret.
Der er behov for relativt energiske fotoner for at skubbe elektroner ud, hvilket betyder, at stråling mod den høje energi,Kort bølgelængde -ende af det elektromagnetiske spektrum er påkrævet.Dette har givet anledning til to hovedmetoder: ultraviolet fotoelektronspektroskopi (UPS) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).Ultraviolet stråling er kun i stand til at skubbe de yderste ud, valenselektroner ud fra molekyler, men røntgenstråler kan skubbe kerneelektroner tæt på kernen på grund af deres højere energi.
røntgenfotoelektronspektroskopi udføres ved at bombardere en prøve med X-stråler ved en enkelt frekvens og måle energierne for de udsendte elektroner.Prøven skal placeres i et ultrahøjt vakuumkammer for at forhindre fotoner og udsendes elektroner, der absorberes af gasser, og for at sikre, at der ikke er adsorberede gasser på prøveoverfladen.Energien fra de udsendte elektroner bestemmes ved at måle deres spredning inden for et elektrisk felt mdash;Dem med højere energi vil blive afbøjet i mindre grad af marken.Da ioniseringsenergierne af kerneelektroner forskydes til lidt højere værdier, når det pågældende element er i en oxideret tilstand, kan denne metode ikke kun give information om de tilstedeværende elementer, men også om deres oxidationstilstande.Røntgenfotospektroskopi kan ikke bruges til væsker på grund af kravet om vakuumbetingelser og bruges normalt til overfladeanalyse af faste prøver.
Ultraviolet fotoelektronspektroskopi fungerer på en lignende måde, men ved hjælp af fotoner i det ultraviolette område af spektret.Disse er oftest produceret af en gasafladningslampe ved hjælp af en af de ædle gasser, såsom helium, for at tilvejebringe fotoner af en enkelt bølgelængde.UPS blev først brugt til at bestemme ioniseringsenergier for gasformige molekyler, men er nu ofte anvendt til at undersøge den elektroniske struktur af materialer.