Hva er fotoelektronspektroskopi?

Fotoelektronspektroskopi er en metode for å analysere stoffer ved bruk av den fotoelektriske effekten.Når et foton samhandler med et atom eller molekyl, kan det mdash;Hvis den har nok energi og mdash;føre til at et elektron blir kastet ut.Elektronet blir kastet ut med en kinetisk energi som avhenger av dens opprinnelige energitilstand og energien til det innkommende fotonet.Bølgelengden til fotonet bestemmer dens energi, med kortere bølgelengder som har høyere energier.Ved å bestrålet et stoff med fotoner av en kjent bølgelengde, er det mulig å få informasjon om dens kjemiske sammensetning, og andre egenskaper, ved å måle de kinetiske energiene til de utkastede elektronene.

når et negativt ladet elektron blir kastet ut av et atom, enPositivt ion dannes og mengden energi som kreves for å fjerne et elektron er kjent som ioniseringsenergien eller bindende energi.Elektroner er anordnet i orbitaler rundt atomkjernen, og mer energi er nødvendig for å løsne de nær kjernen enn i fjernere orbitaler.Ioniseringsenergien til et elektron avhenger hovedsakelig av ladningen på kjernen og mdash;Hvert kjemisk element har et annet antall protoner i kjernen og derfor en annen ladning og mdash;og på elektronens orbital.Hvert element har sitt eget unike mønster av ioniseringsenergier og i fotoelektronspektroskopi er ioniseringsenergien for hvert elektron som blir oppdaget ganske enkelt energien til det innkommende foton minus den kinetiske energien til det utkastede elektronet.Siden den første verdien er kjent og den andre kan måles, kan elementene som er til stede i en prøve bestemmes ut fra mønstrene for ioniseringsenergier som er observert.

Relativt energiske fotoner er nødvendig for å kaste ut elektroner, noe som betyr at stråling mot den høye energien,Kort bølgelengdeenden av det elektromagnetiske spekteret er nødvendig.Dette har gitt opphav til to hovedmetoder: ultrafiolett fotoelektronspektroskopi (UPS) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).Ultraviolett stråling er bare i stand til å kaste ut de ytterste, valenselektroner fra molekyler, men røntgenstråler kan kaste ut kjerneelektroner nær kjernen på grunn av deres høyere energi.

røntgenfotoelektronspektroskopi utføres ved å bombardere en prøve med x-stråler med en enkelt frekvens og måler energiene til elektronene som sendes ut.Prøven må plasseres i et ultrahøyt vakuumkammer for å forhindre fotoner og avgitte elektroner som blir absorbert av gasser og for å sikre at det ikke er adsorbert gasser på prøveoverflaten.Energien til de utsendte elektronene bestemmes ved å måle deres spredning i et elektrisk felt og mdash;De med høyere energi vil bli avledet i mindre grad av feltet.Siden ioniseringsenergiene til kjerneelektroner blir forskjøvet til litt høyere verdier når det aktuelle elementet er i en oksidert tilstand, kan denne metoden ikke bare gi informasjon om elementene som er til stede, men også om deres oksidasjonstilstander.Disse er mest produsert av en gassutladningslampe som bruker en av edelgassene, for eksempel helium, for å tilveiebringe fotoner med en enkelt bølgelengde.UPS ble først brukt til å bestemme ioniseringsenergier for gassformige molekyler, men brukes nå ofte for å undersøke den elektroniske strukturen til materialer.