Rentgen fotoelektron spektroskopiyasi

Monoxromatik XPS tizimining asosiy komponentlari.

Rentgen fotoelektron spektroskopiyasi (RFS) - fotoelektr effektiga asoslangan tashqi muhitga sezgir miqdoriy spektroskopiya usuli boʻlib, u material ichida mavjud boʻlgan (elementlar tarkibi) yoki uning yuzasini qoplaydigan elementlarni, shuningdek ularning kimyoviy holatini va materialdagi elektron holatlarning umumiy elektron tuzilishi va zichligini aniqlash qurilmasidir. Spektroskopiya qanday elementlar mavjudligini, balki ular qanday boshqa elementlar bilan bogʻlanganligini ham koʻrsatadi. Usul sirt boʻylab elementar kompozitsiyani chiziqli profillashda yoki ion nurlari bilan ishlov berish bilan bogʻlangan holda chuqur profillashda qoʻllanishi mumkin. U koʻpincha materiallardagi kimyoviy jarayonlarni ularning olingan holatida yoki parchalanish, issiqlik, reaktiv gazlar yoki eritmalar, ultrabinafsha nurlar taʼsiridan keyin yoki ion implantatsiyasi paytida oʻrganish uchun qoʻllanadi.

rentgen fotoelektron spektroskopiyasi fotoemissiya spektroskopiyalari oilasiga kiradi, bunda elektron populyatsiya spektrlari materialni rentgen nurlari bilan nurlantirish orqali olinadi. Rentgen fotoelektron spektroskopiyasi yuqori vakuum (qoldiq gaz bosimi p ~ 10 ^-6 Pa) yoki oʻta yuqori vakuum (p < 10 ^-7 Pa) sharoitlarini talab qiladi, ammo hozirgi rivojlanish sohasi atrof-muhit bosimi rentgen fotolektron spektroskopiya boʻlib, unda namunalar bosim ostida tahlil qilinadi. bir necha oʻn millibar.

Laboratoriya rentgen manbalaridan foydalanilganda, rentgen fotoelektron spektroskopiyasi vodorod va geliydan tashqari barcha elementlarni osongina aniqlaydi. Aniqlash chegarasi minglab qismlarda, yuqori sirtdagi konsentratsiya bilan erishish mumkin.

Rentgen fotoelektron spektroskopiyasi (RFS) muntazam ravishda noorganik birikmalar, metall qotishmalari, polimerlar, elementlar, katalizatorlar, koʻzoynaklar, keramika, boʻyoqlar, qogʻozlar, siyohlar , yogʻochlar , oʻsimlik qismlari, boʻyanish, tishlar, suyaklar, tibbiy implantlar, biomateriallar, ^[1] ] tahlil qilish uchun ishlatiladi. ^[2] qoplamalar, ion modifikatsiyalangan materiallar va boshqalar. RFS gidrogellar va biologik namunalar kabi materiallarning gidratlangan shakllarini oʻta toza muhitda gidratlangan holatda muzlatish va tahlil qilishdan oldin koʻp qatlamli muzlarni yoʻq qilishga imkon berish orqali tahlil qilish uchun muntazam ravishda qoʻllanadi.

Muayyan toʻlqin uzunligi boʻlgan rentgen nurlarining energiyasi maʼlum boʻlgani sababli (K _a rentgen nurlari uchun E _foton = 1486,7 eV) va chiqarilgan elektronlarning kinetik energiyalari oʻlchanganligi sababli, elektronlarning har birining bogʻlanish energiyasi fotoelektrik effekt tenglamasi yordamida aniqlanishi mumkin,

E_{\text{bog'lanish}}=E_{\text{foton}}-\left(E_{\text{kinetik}}+\phi \right)

,

Bu yerda E _bogʻlanish kimyoviy potensialga nisbatan oʻlchanadigan elektronning bogʻlanish energiyasi, E _foton - foydalanilayotgan rentgen fotonlarining energiyasi, E _kinetik - elektronning kinetik energiyasi va $\phi$ - bu materialning oʻziga xos yuzasi uchun ish funksiyasiga oʻxshash atama boʻlib, u haqiqiy oʻlchovlarda kontakt potensiali tufayli qurilmaning ish funksiyasi tomonidan kichik tuzatishni oʻz ichiga oladi. Bu tenglama asosan energiya saqlanish tenglamasidir. Ish funksiyasiga oʻxshash atama $\phi$ fotoelektronning massadan chiqarilishi va detektor tomonidan soʻrilishi bilan ajralib turadigan bir necha eV kinetik energiyani hisobga oladigan sozlanishi instrumental tuzatish omili sifatida qarash mumkin. Bu amalda kamdan-kam hollarda sozlanishi kerak boʻlgan doimiydir.

Tarixi

1887-yilda Geynrix Rudolf Gerts fotoelektr effektini kashf etdi, ammo tushuntira olmadi, keyinchalik 1905-yilda Albert Eynshteyn tomonidan birinchi RFS spektrni qayd etuvchi effekt tushuntirildi. Boshqa tadqiqotchilar, jumladan Genri Mozli, Rawlinson va Robinson mustaqil ravishda keng diapazonlardagi tafsilotlarni saralash uchun turli xil tajribalar oʻtkazdilar. Ikkinchi jahon urushidan keyin Kai Siegbahn va uning Uppsaladagi (Shvetsiya) tadqiqot guruhi uskunada bir qancha muhim oʻzgartirishlar qilishdi. 1954-yilda birinchi yuqori energiyali aniqlikdagi RFS natriy xloridning (NaCl) potentsialini ochib berdilar. RFS ^[3] Bir necha yil oʻtgach, 1967-yilda Siegbahn RFS-ning keng qamrovli tadqiqotini nashr etdi, u kimyoviy tahlil uchun elektron spektroskopiya (ESCA) deb atagan birinchi qattiq rentgen fotoemissiya tajribalarini olib keldi. ^[4] Siegbahn bilan hamkorlikda AQShning Hewlett-Packard kompaniyasida kichik muhandislar guruhi 1969-yilda birinchi tijorat monoxromatik RFS asbobini ishlab chiqardi. Siegbahn 1981-yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻldi ^[5] Siegbahnning ishi bilan parallel ravishda, London Imperial kollejida Devid Tyorner geliy lampalaridan foydalangan holda molekulyar turlar uchun ultrabinafsha fotoelektron spektroskopiyani (UPS) ishlab chiqdi. ^[6]

Tahlil vaqti

Barcha aniqlanadigan elementlarning miqdorini oʻlchaydigan keng miqyosli soʻrov uchun odatda bir daqiqadan 20 daqiqagacha, kimyoviy holat farqlarini aniqlaydigan yuqori aniqlikdagi skanerlash uchun odatda 15 daqiqa (hisoblash maydoni natijasi uchun yuqori signal/shovqin nisbati uchun koʻpincha bir necha marta tozalashni talab qiladi), 4-5 elementni chizilgan chuqurlik funksiyasi sifatida oʻlchaydigan chuqurlik profili uchun 1-4 soat (bu jarayonlar vaqti juda koʻp farq qilishi mumkin, chunki koʻplab omillar rol oʻynaydi).

Asboblar

RFS tizimining asosiy komponentlari rentgen nurlari manbai, mu-metal magnit ekranli ultra yuqori vakuumli (UHV) kamera, elektron yigʻish linzalari, elektron energiya analizatori, elektron detektor tizimi, namunani kiritish kamerasi, namuna oʻrnatish moslamalari va sahna manipulyatorlari toʻplami.

RFS uchun eng keng tarqalgan elektron spektrometr yarim sferik elektron analizatoridir. Baʼzida elektron energiya filtrlari ancha sodda - silindrsimon oyna analizatorlari, koʻpincha sirtning elementar tarkibini tekshirish uchun ishlatiladi. Ular yuqori hisoblash aniqliklari va yuqori burchak/energiya rezolyutsiyasiga boʻlgan ehtiyoj oʻrtasidagi kelishuvni ifodalaydi. Ushbu turdagi namuna oldiga joylashtirilgan ikkita koaksiyal silindrdan iborat boʻlib, ichki qismi ijobiy potensialda, tashqi silindr esa salbiy potensialda saqlanadi. Faqatgina toʻgʻri energiyaga ega elektronlar bu oʻrnatishdan oʻtishi mumkin va oxirida aniqlanadi. Hisoblash aniqliklari yuqori, lekin piksellar soni kam

Maʼlumot Oʻzbekiston Milliy Universiteti Fizika fakulteti tomonidan tajima qilindi.

↑ Ray, S. and A.G. Shard, Quantitative Analysis of Adsorbed Proteins by X-ray Photoelectron Spectroscopy. Analytical Chemistry, 2011. 83(22): p. 8659-8666.
↑ Ray, S. and A.G. Shard, Quantitative Analysis of Adsorbed Proteins by X-ray Photoelectron Spectroscopy. Analytical Chemistry, 2011. 83(22): p. 8659-8666.
↑ Siegbahn, K.; Edvarson, K. I. Al (1956). „β-Ray spectroscopy in the precision range of 1 : 10⁵“. Nuclear Physics. 1-jild, № 8. 137–159-bet. Bibcode:1956NucPh...1..137S. doi:10.1016/S0029-5582(56)80022-9.
↑ Siegbahn, Kai. ESCA atomic, molecular and solid state structure studies by means of electron spectroscopy : Presented to the Royal Society of S#ience of Uppsala, Dec. 3rd, 1965. Almqvist & Wiksell, 1967. OCLC 310539900.
↑ Electron Spectroscopy for Atoms, Molecules and Condensed Matter, Nobel Lecture, December 8, 1981
↑ Turner, D. W.; Jobory, M. I. Al (1962). „Determination of Ionization Potentials by Photoelectron Energy Measurement“. The Journal of Chemical Physics. 37-jild, № 12. 3007-bet. Bibcode:1962JChPh..37.3007T. doi:10.1063/1.1733134.

[1] Ray, S. and A.G. Shard, Quantitative Analysis of Adsorbed Proteins by X-ray Photoelectron Spectroscopy. Analytical Chemistry, 2011. 83(22): p. 8659-8666.

[2] Ray, S. and A.G. Shard, Quantitative Analysis of Adsorbed Proteins by X-ray Photoelectron Spectroscopy. Analytical Chemistry, 2011. 83(22): p. 8659-8666.

[3] Siegbahn, K.; Edvarson, K. I. Al (1956). „β-Ray spectroscopy in the precision range of 1 : 10⁵“. Nuclear Physics. 1-jild, № 8. 137–159-bet. Bibcode:1956NucPh...1..137S. doi:10.1016/S0029-5582(56)80022-9.

[4] Siegbahn, Kai. ESCA atomic, molecular and solid state structure studies by means of electron spectroscopy : Presented to the Royal Society of S#ience of Uppsala, Dec. 3rd, 1965. Almqvist & Wiksell, 1967. OCLC 310539900.

[5] Electron Spectroscopy for Atoms, Molecules and Condensed Matter, Nobel Lecture, December 8, 1981

[6] Turner, D. W.; Jobory, M. I. Al (1962). „Determination of Ionization Potentials by Photoelectron Energy Measurement“. The Journal of Chemical Physics. 37-jild, № 12. 3007-bet. Bibcode:1962JChPh..37.3007T. doi:10.1063/1.1733134.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]