Was ist Photoelektronenspektroskopie?

Photoelektronenspektroskopie ist eine Methode zur Analyse von Substanzen mit dem photoelektrischen Effekt.Wenn ein Photon mit einem Atom oder Molekül interagiert, kann es mdash;Wenn es genug Energie hat mdash;ein Elektron ausgeworfen werden.Das Elektron wird mit einer kinetischen Energie ausgestoßen, die von seinem anfänglichen Energiezustand und der Energie des eingehenden Photons abhängt.Die Wellenlänge des Photons bestimmt seine Energie, wobei kürzere Wellenlängen höhere Energien aufweisen.Durch die Bestrahlung einer Substanz mit Photonen einer bekannten Wellenlänge ist es möglich, Informationen über ihre chemische Zusammensetzung und andere Eigenschaften zu erhalten, indem die kinetischen Energien der ausgestoßenen Elektronen gemessen werden.Es wird ein positives Ion gebildet und die Menge an Energie, die zum Auswerfen eines Elektrons erforderlich ist, wird als Ionisationsenergie oder Bindungsenergie bezeichnet.Elektronen sind in Orbitalen rund um den Atomkern angeordnet, und es ist mehr Energie erforderlich, um diejenigen nahe dem Kern zu verdrehen, als in weiter entfernten Orbitalen.Die Ionisationsenergie eines Elektrons hängt hauptsächlich von der Ladung des Kerns Mdash ab;Jedes chemische Element hat eine andere Anzahl von Protonen im Kern und damit eine andere Ladung und Mdash.und auf das Orbital des Elektrons.Jedes Element hat sein eigenes einzigartiges Muster von Ionisationsenergien und in der Photoelektronenspektroskopie ist die Ionisationsenergie für jedes nachgewiesene Elektron einfach die Energie des eingehenden Photons abzüglich der kinetischen Energie des ausgestoßenen Elektrons.Da der erste Wert bekannt ist und der zweite gemessen werden kann, können die in einer Probe vorhandenen Elemente aus den beobachteten Ionisationsenergien bestimmt werden.Das Ende des elektromagnetischen Spektrums ist ein kurzes Wellenlängenende erforderlich.Dies hat zu zwei Hauptmethoden geführt: Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS).Ultraviolette Strahlung kann nur die äußersten Valenzelektronen aus Molekülen auswerfen, aber Röntgenstrahlen können aufgrund ihrer höheren Energie Kernelektronen in der Nähe des Kerns auswerfen.Strahlen bei einer einzigen Frequenz und Messung der Energien der Elektronen emittiert.Die Probe muss in eine ultrahohe Vakuumkammer platziert werden, um zu verhindern, dass Photonen und Elektronen von Gasen absorbiert werden, und um sicherzustellen, dass keine adsorbierten Gase auf der Probenoberfläche vorliegen.Die Energie der emittierten Elektronen wird durch Messung ihrer Ausbreitung innerhalb eines elektrischen Feldes bestimmt.Diejenigen mit höheren Energien werden in geringerem Maße vom Feld abgelenkt.Da die Ionisationsenergien von Kernelektronen auf etwas höhere Werte verschoben werden, wenn sich das betreffende Element in einem oxidierten Zustand befindet, kann diese Methode nicht nur Informationen über die vorhandenen Elemente liefern, sondern auch über ihre Oxidationszustände.Die Röntgenphotospektroskopie kann aufgrund der Anforderung an Vakuumbedingungen nicht für Flüssigkeiten verwendet werden, und wird normalerweise für die Oberflächenanalyse fester Proben verwendet.

ulviolett Photoelektronenspektroskopie funktioniert in ähnlicher Weise, verwendet jedoch Photonen im Ultraviolettbereich des Spektrums.Diese werden am häufigsten durch eine Gasentladungslampe unter Verwendung einer der edlen Gase wie Helium erzeugt, um Photonen einer einzelnen Wellenlänge bereitzustellen.UPS wurde zunächst verwendet, um Ionisationsenergien für gasförmige Moleküle zu bestimmen, wird jedoch häufig verwendet, um die elektronische Struktur von Materialien zu untersuchen.