Τι είναι η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου;

Η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου είναι μια μέθοδος ανάλυσης ουσιών χρησιμοποιώντας το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα.Όταν ένα φωτόνιο αλληλεπιδρά με ένα άτομο ή ένα μόριο, μπορεί mdash;Εάν έχει αρκετή ενέργεια mdash;να προκαλέσει εκτόξευση ενός ηλεκτρονίου.Το ηλεκτρόνιο εκτοξεύεται με κινητική ενέργεια που εξαρτάται από την αρχική ενεργειακή του κατάσταση και την ενέργεια του εισερχόμενου φωτονίου.Το μήκος κύματος του φωτονίου καθορίζει την ενέργεια του, με μικρότερα μήκη κύματος να έχουν υψηλότερες ενέργειες.Με την ακτινοβολία μιας ουσίας με φωτόνια ενός γνωστού μήκους κύματος, είναι δυνατόν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με τη χημική του σύνθεση και άλλες ιδιότητες, μετρώντας τις κινητικές ενέργειες των εκτοξευμένων ηλεκτρονίων.Το θετικό ιόν σχηματίζεται και η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την εκτόξευση ενός ηλεκτρονίου είναι γνωστή ως ενέργεια ιονισμού ή ενέργεια δέσμευσης.Τα ηλεκτρόνια είναι διατεταγμένα σε τροχιακά γύρω από τον ατομικό πυρήνα και απαιτείται περισσότερη ενέργεια για την απομάκρυνση των κοντά στον πυρήνα από εκείνα σε πιο απομακρυσμένα τροχιακά.Η ενέργεια ιονισμού ενός ηλεκτρονίου εξαρτάται κυρίως από το φορτίο από τον πυρήνα mdash.Κάθε χημικό στοιχείο έχει διαφορετικό αριθμό πρωτονίων στον πυρήνα και επομένως ένα διαφορετικό φορτίο mdash.και στο τροχιακό του ηλεκτρονίου.Κάθε στοιχείο έχει το δικό του μοναδικό πρότυπο ενεργειών ιονισμού και σε φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονικής, η ενέργεια ιονισμού για κάθε ηλεκτρόνιο που ανιχνεύεται είναι απλώς η ενέργεια του εισερχόμενου φωτονίου μείον την κινητική ενέργεια του εκτοξευμένου ηλεκτρονίου.Δεδομένου ότι η πρώτη τιμή είναι γνωστή και η δεύτερη μπορεί να μετρηθεί, τα στοιχεία που υπάρχουν σε ένα δείγμα μπορούν να προσδιοριστούν από τα πρότυπα των ενεργειών ιονισμού που παρατηρούνται.Απαιτείται σύντομο μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.Αυτό έχει προκαλέσει δύο κύριες μεθόδους: φασματοσκοπία υπεριώδους φωτοηλεκτρονίου (UPS) και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS).Η υπεριώδη ακτινοβολία είναι σε θέση να εκτοξεύει μόνο τα ηλεκτρόνια σθένους από μόρια, αλλά οι ακτίνες Χ μπορούν να εκτοξεύσουν ηλεκτρόνια πυρήνα κοντά στον πυρήνα λόγω της υψηλότερης ενέργειας τους.ακτίνες σε μία μόνο συχνότητα και μέτρηση των ενεργειών των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται.Το δείγμα πρέπει να τοποθετηθεί σε θάλαμο κενού εξαιρετικά υψηλού κενού προκειμένου να αποφευχθεί τα φωτόνια και τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια που απορροφάται από τα αέρια και για να εξασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν προσροφημένα αέρια στην επιφάνεια του δείγματος.Η ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων καθορίζεται μετρώντας τη διασπορά τους μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο mdash.Εκείνοι με υψηλότερες ενέργειες θα εκτρέπονται σε μικρότερο βαθμό από το πεδίο.Δεδομένου ότι οι ενέργειες ιονισμού των ηλεκτρονίων πυρήνα μετατοπίζονται σε ελαφρώς υψηλότερες τιμές όταν το σχετικό στοιχείο βρίσκεται σε οξειδωμένη κατάσταση, αυτή η μέθοδος μπορεί όχι μόνο να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τα παρόντα στοιχεία, αλλά και για τις καταστάσεις οξείδωσης.Η φωτο-ακτινοσκόπηση ακτίνων Χ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα υγρά λόγω της απαίτησης για συνθήκες κενού και χρησιμοποιείται κανονικά για την ανάλυση επιφανειακής ανάλυσης στερεών δειγμάτων.

Η φασματοσκοπία υπεριώδους φωτοηλεκτρονίου λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο, αλλά χρησιμοποιώντας φωτόνια στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος.Αυτά παράγονται συχνότερα από έναν λαμπτήρα εκκένωσης αερίου χρησιμοποιώντας ένα από τα ευγενή αέρια, όπως το ήλιο, για να παρέχουν φωτόνια ενός μόνο μήκους κύματος.Το UPS χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για τον προσδιορισμό των ενεργειών ιονισμού για αέρια μόρια, αλλά τώρα χρησιμοποιείται συχνά για να διερευνηθεί η ηλεκτρονική δομή των υλικών.