Co to jest spektroskopia fotoelektronowa?

Spektroskopia fotoelektronowa jest metodą analizy substancji za pomocą efektu fotoelektrycznego.Gdy foton oddziałuje z atomem lub cząsteczką, może mdash;Jeśli ma wystarczającą ilość energii i mdash;powodować wyrzucenie elektronu.Elektron jest wyrzucany z energii kinetycznej, która zależy od początkowego stanu energii i energii przychodzącego fotonu.Długość fali fotonu określa jego energię, przy czym krótsze długości fali mają wyższe energie.Poprzez napromieniowanie substancji o fotonach o znanej długości fali, możliwe jest uzyskanie informacji o jej składzie chemicznym i innych właściwościach, przez pomiar energii kinetycznych wyrzuconych elektronów.

Gdy ujemnie naładowany elektron jest wyrzucony z atomu, aPowstaje jon dodatni, a ilość energii wymaganej do wyrzucenia elektronu jest znana jako energia jonizacyjna lub energia wiązania.Elektrony są ułożone w orbitale wokół jądra atomowego, a więcej energii jest wymagana do usuwania tych blisko jądra niż te w bardziej odległych orbitalach.Energia jonizacyjna elektronu zależy głównie od ładunku od jądra i mdash;Każdy element chemiczny ma inną liczbę protonów w jądrze, a zatem inny ładunek i mdash;i na orbitalach elektronu.Każdy element ma swój własny unikalny wzór energii jonizacji, a w spektroskopii fotoelektronowej energia jonizacji dla każdego wykrytych elektronów jest po prostu energią przychodzącego fotonu minus energii kinetycznej wyrzuconego elektronu.Ponieważ pierwsza wartość jest znana, a drugą można zmierzyć, elementy obecne w próbce można określić na podstawie zaobserwowanych wzorów energii jonizacji.

Stosunkowo energetyczne fotony są potrzebne do wyrzucenia elektronów, co oznacza, że promieniowanie w kierunku wysokiej energii,Wymagany jest krótka długość fali widma elektromagnetycznego.Dało to dwie główne metody: spektroskopię fotoelektronową ultrafioletową (UPS) i spektroskopię fotoelektronową rentgenowską (XPS).Promieniowanie ultrafioletowe jest w stanie wyrzucić najbardziej zewnętrzne, walencyjne elektrony z cząsteczek, ale promienie rentgenowskie mogą wyrzucić elektrony rdzenia zbliżone do jądra ze względu na ich wyższą energię.

Spektroskopia fotoelektronowa rentgenowska jest przeprowadzana przez bombardowanie próbki x-Promienie przy jednej częstotliwości i pomiar energii emitowanych elektronów.Próbkę należy umieścić w ultra wysokiej komorze próżniowej, aby zapobiec fotonom i emitowanym elektronom wchłanianym przez gazy i aby upewnić się, że na powierzchni próbki nie ma zaadsorbowanych gazów.Energia emitowanych elektronów jest określana przez pomiar ich rozproszenia w polu elektrycznym i mdash;Osoby o wyższych energii zostaną odchylone w mniejszym stopniu przez pole.Ponieważ energie jonizacyjne elektronów rdzeniowych są przesunięte na nieco wyższe wartości, gdy dany element jest w stanie utlenionym, metoda ta może nie tylko dostarczyć informacji o obecnych elementach, ale także o ich stanach utleniania.Fotokroskopia rentgenowska nie może być stosowana do cieczy ze względu na wymaganie warunków próżniowych i zwykle jest stosowana do analizy powierzchniowej próbek stałych.

Spektroskopia fotoelektronowa ultrafioletowa działa w podobny sposób, ale stosowanie fotonów w zasięgu ultrafioletowym widma.Są one najczęściej wytwarzane przez lampę wyładowczą gazową przy użyciu jednego z gazów szlachetnych, takich jak hel, w celu zapewnienia fotonów o jednej długości fali.UPS najpierw zastosowano do określenia energii jonizacji dla cząsteczek gazowych, ale obecnie często stosuje się do zbadania elektronicznej struktury materiałów.