اصول اولیه طیف­ سنجی فوتو­الکترونی پرتو ایکس(طیف سنجی XPS)

دانلود فایل PDF مقاله

اصول اولیه طیف­ سنجی فوتو­الکترونی پرتو ایکس

طیف ­سنجی الکترونی روشی است که از الکترون­های مشخصه منتشر شده از جسم جامد برای آنالیز عنصرها (نه شکل برداری مانند میکروسکوپی الکترونی) استفاده می­کند. الکترون­های مشخصه (چه الکترون­های اوژه باشند یا فوتوالکترون­ها) با داشتن مقدار انرژی مشخص، عنصرهای شیمیایی را در نمونه­ های مورد آزمایش تشخیص می­دهند. الکترون­های اوژه یا فوتوالکترون­ها تنها می­توانند از بالاترین لایه­ های اتمی جامد (عمق 10 نانومتر یا کمتر) فرار کنند زیرا انرژی آن­ها نسبتاً کم است (بیشتر بین 20 تا 2000 الکترون­ ولت)، درحالی­که پرتو­های ایکس مشخصه از عمق­ های خیلی زیادتر (چندین میکرومتر از سطح) فرار می­کنند. بنابراین طیف­ سنجی الکترونی روشی برای آنالیز شیمیایی سطح مواد است. فوتوالکترون­ها (شکل الف) و الکترون­های اوژه (شکل ب) از نظر منشاء فیزیکی با یکدیگر تفاوت دارند، ولی هردو نوع الکترون اطلاعات مشابه ای از عنصرهای شیمیایی موجود درسطح مواد ارائه می­دهند.

اصول پایه­ ای

فوتوالکترون پرتو ایکس، الکترونی است که در زمان جذب فوتون پرتو ایکس، توسط اتم از مدار الکترونی آن اتم منتشر می­شود. در واقع فوتون انرژی لازم برای غلبه بر نیروی جاذبه از طرف هسته را برای الکترون فراهم می کند. شکل1- الف منتشر شدن فوتو­الکترون از اتمی که تحت تأثیر فوتون پرتو ایکس قرار گرفته را به­ صورت طرح­ وار نشان می­دهد. فوتون پرتو ایکس برخوردی به اتم، به اندازه کافی انرژی دارد (به اندازه مقدارhν) که بتواند الکترونی از مدار داخلی، برای مثال از مدار K، را بیرون اندازد. در این صورت، الکترون مدار K به­ صورت فوتو­الکترون با انرژی جنشی E_K از سطح مورد نظر به بیرون پرتاب می­شود. با دانستن انرژی جنبشی E_K، می­توان انرژی پیوند (E_B) فوتو­الکترون اتم را بر پایه رابطه زیر محاسبه کرد.

آنالیز XRD

شکل 1- فرایند­های انتشار الکترون­های مشخصه: (الف) فوتوالکترونs1؛ و (ب) الکترون اوژه_2،3L₁KL.

Φ عامل نشان­دهنده انرژی مورد نیاز برای فرار الکترون از سطح ماده، h ثابت پلانک و ν بسامد فوتون برخوردی با الکترون است. مقدارΦ به جنس ماده و دستگاه بستگی دارد و به آن تابع کار گفته می‌شود و برای هر ماده­ ای مقداری منحصربه‌فرد دارد. انرژی­ پیوند الکترون­های اتمی (E_B) نیز برای هر عنصری دارای مقادیر  مشخصی است.

طیف­ سنجی فوتو­الکترونی پرتو ایکس (XPS)، عنصرهای شیمیایی را از طیف­ های انرژی پیوند فوتو­الکترون­های پرتو ایکس شناسایی می­کند. شکل طیف این روش به­ صورت منحنی است که از وصل کردن نقاط نشان­ دهنده شدت نسبت به انرژی پیوند ­به دست می­آید. فوتو­الکترون­ها از مدارها اصلی و  فرعی مختلفی منتشر می­شوند. هر پیک انرژی پیوند، با نماد یک عنصر و نماد مداری که فوتو­الکترون از آن منتشرشده، نشان داده می­شود؛ برای مثال s1O،p2Al(شکل2). این طیف هم­چنین می­تواند شامل پیک­هایی از الکترون­های اوژه باشد. برای مثال­، طیف نشان داده شده در شکل 2 شامل پیک­های الکترون­های اوژه با نشانه­ های OKLL و CKLL است که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت.

شکل 2- طیف طیف ­سنجی فوتو­الکترونی پرتو ایکس از یک سطح آلومینیم اکسید شده

شما می توانید از خدمات آنالیز شرکت تماد کالا استفاده کنید و یا برای مشاوره رایگان با کارشناسان ما در ارتباط باشید. 

https://tamadkala.com/3672-2/

طیف سنجی فوتوالکترونی پرتو ایکس (XPS)

https://tamadkala.com/3685-2/