Vad är fotoelektronspektroskopi?

Fotoelektronspektroskopi är en metod för att analysera ämnen med hjälp av den fotoelektriska effekten.När en foton interagerar med en atom eller molekyl kan den mdash;Om den har tillräckligt med energi mdash;orsaka att en elektron kastas ut.Elektronen kastas ut med en kinetisk energi som beror på dess initiala energitillstånd och energin från den inkommande fotonen.Fotonens våglängd bestämmer dess energi, med kortare våglängder med högre energier.Genom att bestråla ett ämne med fotoner med en känd våglängd är det möjligt att få information om dess kemiska sammansättning och andra egenskaper genom att mäta de kinetiska energin hos de utkastade elektronerna.Positiv jon bildas och mängden energi som krävs för att mata ut en elektron kallas joniseringsenergi eller bindande energi.Elektroner är ordnade i orbitaler runt atomkärnan, och mer energi krävs för att lossa de nära kärnan än de i mer avlägsna orbitaler.Joniseringsenergin hos en elektron beror huvudsakligen på laddningen på nucleus mdash;Varje kemiskt element har ett annat antal protoner i kärnan och därför en annan laddning mdash;och på elektronens omlopp.Varje element har sitt eget unika mönster av joniseringsenergier och i fotoelektronspektroskopi är joniseringsenergin för varje elektron som detekteras helt enkelt energin i den inkommande fotonen minus den kinetiska energin från den utkastade elektronen.Eftersom det första värdet är känt och det andra kan mätas kan elementen som finns i ett prov bestämmas utifrån mönstren för joniseringsenergier som observeras.

Relativt energiska fotoner behövs för att mata ut elektroner, vilket innebär att strålning mot den höga energin,Kort våglängdsänd på det elektromagnetiska spektrumet krävs.Detta har gett upphov till två huvudmetoder: ultraviolett fotoelektronspektroskopi (UPS) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).Ultraviolett strålning kan bara mata ut de yttersta, valenselektronerna från molekyler, men röntgenstrålar kan mata ut kärnelektroner nära kärnan på grund av deras högre energi.

röntgenfotoelektronspektroskopi utförs genom att bombardera ett prov med X-Strålar vid en enda frekvens och mäter energierna hos de elektronerna som släpps ut.Provet måste placeras i en ultrahög vakuumkammare för att förhindra fotoner och emitterade elektroner som absorberas av gaser och för att säkerställa att det inte finns några adsorberade gaser på provytan.Energin från de utsända elektronerna bestäms genom att mäta deras spridning inom ett elektriskt fält mdash;De med högre energier avleds i mindre utsträckning av fältet.Eftersom joniseringsenergierna hos kärnelektroner flyttas till något högre värden när det berörda elementet är i ett oxiderat tillstånd, kan denna metod inte bara ge information om de närvarande elementen, utan också om deras oxidationstillstånd.Röntgenfotospektroskopi kan inte användas för vätskor på grund av kravet på vakuumförhållanden och används normalt för ytanalys av fasta prover.

ultraviolett fotoelektronspektroskopi fungerar på liknande sätt, men med hjälp av fotoner i det ultravioletta området för spektrumet.Dessa produceras oftast av en gasutsläppslampa med en av de ädla gaserna, såsom helium, för att ge fotoner med en enda våglängd.UPS användes först för att bestämma joniseringsenergier för gasformiga molekyler, men används nu ofta för att undersöka den elektroniska strukturen hos material.