Spectroscopie fotoelectronică cu raze X.

Spectroscopia fotoelectronică cu raze X, indicată în mod obișnuit prin XPS sau XPES (deoarece „ spectroscopia fotoelectronică cu raze X în limba engleză ), este o tehnică de spectroscopie fotoelectronică , mai precis o spectroscopie ESCA , care este utilizată pentru a testa suprafețele materialelor. De fapt, face posibilă cunoașterea elementelor chimice care alcătuiesc suprafața unui material și, uneori, determinarea stării sale de legătură .

Principiul de funcționare

Proba este iradiată cu o sursă de raze X monocromatică. Fotonii intră în material și suferă diferite interacțiuni, inclusiv efectul fotoelectric și emisia Auger . În ambele cazuri, un electron este expulzat din material cu o energie cinetică legată de energia de legare a acestuia.

Măsurând energia cinetică a electronului ejectat putem urmări energia de legare a acestuia, indicativă a elementului chimic implicat, conform formulei:

K=h\nu -E_{B}-\Phi

{\ displaystyle K = h \ nu -E_ {B} - \ Phi}

{\ displaystyle K = h \ nu -E_ {B} - \ Phi}

unde este $E_{B}$ ${\ displaystyle E_ {B}}$ ${\ displaystyle E_ {B}}$ este energia de legare, $h\nu$ ${\ displaystyle h \ nu}$ $h \ nu$ energia fotonilor incidenți, $K.$ ${\ displaystyle K}$ $K.$ energia cinetică a electronului e $\Phi$ ${\ displaystyle \ Phi}$ $\ Phi$ funcția de lucru a spectrometrului.

În cazul analizei unui solid, tehnica permite analizarea primelor straturi atomice (o adâncime de câțiva nanometri ), deoarece doar electronii excitați în apropierea suprafeței sunt capabili să scape din probă fără a suferi interacțiuni cu pierderile de energie și prin urmare, menținerea informațiilor pe care le transportă.

Instrument

Sursa de raze X

Vedere internă a unui sistem XPS

Ca sursă se folosește un tub cu raze X. Este format dintr-un filament care este traversat de curent și ținut la un potențial mai negativ decât o rețea din fața sa. Filamentul emite electroni datorită efectului termionic , aceștia sunt accelerați către anod datorită diferenței de potențial și se ciocnesc cu o placă metalică (în general din aluminiu ) plasată lângă rețea (anodul). Electronii pătrund în interiorul plăcii și pierd energie din cauza diferitelor fenomene. Printre diverse se numără pierderea de energie datorată frânării (interacțiunea electronilor cu nucleii atomici ) care determină emisia de raze X (fiecare particulă încărcată supusă accelerației emite radiații electromagnetice ) și emisia de raze X caracteristice. Acest lucru se întâmplă atunci când electronul suferă un șoc inelastic și provoacă subminarea unui electron din eticheta care lasă o vacanță în spatele său.

Într-un timp scurt (timpul de relaxare al atomului) un alt electron merge să ocupe locul liber de la un nivel exterior sau de la nivelul vidului printr-o tranziție radiativă asociată cu emisia unui foton de energie egal cu diferența de energie a celor doi nivelurile atomice implicate.

Analizor

Unul dintre cele mai utilizate analizatoare este sectorul electrostatic . Un alt este câmpul de întârziere.

Aplicații

Tehnica găsește o utilizare destul de largă în domeniul industrial, este deosebit de utilă în domeniul catalizei, deoarece este esențial să se cunoască starea suprafeței catalizatorilor.

Fiind o tehnică nedistructivă, își găsește și o bună utilizare în domeniul patrimoniului cultural.