Cos'è la spettroscopia fotoelettronica?

La spettroscopia fotoelettronica è un metodo per analizzare le sostanze usando l'effetto fotoelettrico.Quando un fotone interagisce con un atomo o una molecola, può mdash;Se ha abbastanza energia e mdash;causare espulsione di un elettrone.L'elettrone viene espulso con un'energia cinetica che dipende dal suo stato di energia iniziale e dall'energia del fotone in arrivo.La lunghezza d'onda del fotone determina la sua energia, con lunghezze d'onda più brevi con energie più elevate.Irradiando una sostanza con fotoni di una lunghezza d'onda nota, è possibile ottenere informazioni sulla sua composizione chimica e altre proprietà, misurando le energie cinetiche degli elettroni espulsi.

Quando un elettrone caricato negativamente viene espulso da un atomo, aSi forma ioni positivi e la quantità di energia richiesta per espellere un elettrone è nota come energia di ionizzazione o energia di legame.Gli elettroni sono disposti in orbitali attorno al nucleo atomico e è necessaria più energia per rimuovere quelli vicini al nucleo rispetto a quelli in orbitali più distanti.L'energia di ionizzazione di un elettrone dipende principalmente dalla carica dal nucleo e dal mdash;Ogni elemento chimico ha un numero diverso di protoni nel nucleo e quindi una carica diversa mdash;e sull'orbitale dell'elettrone.Ogni elemento ha il suo modello unico di energie di ionizzazione e nella spettroscopia fotoelettronica, l'energia di ionizzazione per ciascun elettrone rilevato è semplicemente l'energia del fotone in arrivo meno l'energia cinetica dell'elettrone espulso.Poiché il primo valore è noto e il secondo può essere misurato, gli elementi presenti in un campione possono essere determinati dagli schemi delle energie di ionizzazione osservate.

sono necessari fotoni relativamente energetici per espellere gli elettroni, il che significa che le radiazioni verso l'alta energia,È necessaria un'estremità di lunghezza d'onda corta dello spettro elettromagnetico.Ciò ha dato origine a due metodi principali: spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).La radiazione ultravioletta è in grado di espellere solo gli elettroni di valenza più esterni dalle molecole, ma i raggi X possono espellere elettroni core vicini al nucleo a causa della loro energia più elevata. La spettroscopia fotoelettronica a raggi X viene effettuataraggi a una singola frequenza e misurano le energie degli elettroni emessi.Il campione deve essere collocato in una camera a vuoto ultra-alta per evitare che i fotoni e gli elettroni emessi siano assorbiti dai gas e per garantire che non vi siano gas adsorbiti sulla superficie del campione.L'energia degli elettroni emessi viene determinata misurando la loro dispersione all'interno di un campo elettrico e mdash;Quelli con energie più elevate saranno deviate in misura minore dal campo.Poiché le energie di ionizzazione degli elettroni core vengono spostate su valori leggermente più alti quando l'elemento interessato è in uno stato ossidato, questo metodo non può solo fornire informazioni sugli elementi presenti, ma anche sui loro stati di ossidazione.La fotospettroscopia a raggi X non può essere utilizzata per i liquidi a causa del requisito per le condizioni del vuoto ed è normalmente utilizzata per l'analisi della superficie di campioni solidi. La spettroscopia fotoelettronica ultravioletta funziona in modo simile, ma usando fotoni nell'intervallo ultravioletto dello spettro.Questi sono più comunemente prodotti da una lampada di scarico del gas usando uno dei gas nobili, come l'elio, per fornire fotoni di una singola lunghezza d'onda.UPS è stato usato per la prima volta per determinare le energie di ionizzazione per le molecole gassose, ma ora è spesso impiegato per studiare la struttura elettronica dei materiali.