Referatas
Rentgeno fotoelektroninė spektroskopija.
Elektroninė Ože spektroskopija.
Antrinių jonų masių spektroskopija.Vilnius
2003
TurinysRentgeno fotoelektroninė
spektroskopija……………………………………………………..
….. 2
Elektroninė Ože
spektroskopija……………………………………………………..
………………. 3
Antrinių jonų masių
spektroskopija……………………………………………………..
…………. 8
Naudota
literatūra…………………………………………………………
……………………………… 14
Rentgeno fotoelektroninė spektroskopijaIš pirmo žvilgsnio Rentgeno fotoelektroninė spektroskopija gali
pasirodyti paprastu tyrinėjimo metodu. Fotoelektroninis efektas tapo aiškus
dar amžiaus pradžioje.
Buvo suprasta, kad nežiūrint į įsivaizduojamus sunkumus, neypatingą
intensyvumą ir monochromatiškumą, naudojant elektroninę emisiją,
atsirandančią išmušant elektronus šiuo spinduliavimu, galima atlikti labai
naudingus tyrimus. Šis metodas naudojamas ne tik cheminei analizei.
Šiam metodui taikyti ir matuoti aparatūra atsirado panaudojus β-
spektroskopijos aparatūrą. Kai kurie iš pirmųjų Rentgeno fotoelektronų
spektroskopijos eksperimentų buvo daromi net β spektrometruose,
perdarytuose taip, kad būtų galima nukreipti į bandinį Rentgeno
spinduliuotę. Labai greitai buvo nustatyta, kad signalo intensyvumas buvo
aukščiau už kα liniją Rentgeno spinduliuotės elemente.
Rentgeno vamzdžio anodai buvo gaminami iš šių metalų: Na, Mg ir Al. Iš
jų ypatingai naudojami tik Mg ir Al, nes maža kα spinduliavimo kvantų
energija magnyje ir aliuminyje apsunkina energetinio tų elektronų
išsiskyrimų magnetiniame lauke analizę. Nepaisant to šie metalai idealiai
tinka elektrostatiniam analizatoriui. Analizatoriai būna dviejų tipų:
cilindriniai ir pusiausferinio veidrodžio. Naudojant pilno spektro
spinduliavimą, Rentgeno vamzdžio fotoelektronų sužadinimui stipriai
sumažėja naudingo signalo spektro švarumas.
Kaip žinoma, šalia charakteringųjų kα1,2 linijų, dėl krentančių
elektronų srauto taip pat atsiranda stabdantysis spinduliavimas ir kitos
charakteringos linijos, pvz., kβ linijos. Šios linijos sumažina fono
poveikį signalui, o nepageidaujamos linijos iššaukia elektronų, kurie gali
trukdyti kitų linijų stebėjimą, atsiradimą spektre. Šiai problemai
išspręsti naudojami daugiaelemenčiai detektoriai.
Nors elektronų energija išoriniuose debesėliuose pasiekia 100 kW, Al kα
spinduliavimas leidžia aptikti daugumos elektroninių elementų sudėtis.
Esant bet kuriam Z turi charakteringą energinį ryšį, kuris padeda atrasti
duotąjį elementą. Analizė vyksta apšviečiant medžiagą Rentgeno spinduliais
ir stebint, kaip jie sugeriami. Rentgeno spindulių šaltinis turi būti toks,
kad būtų galima keisti jo bangų ilgį.
Elektroninė Ože spektroskopija
Ože elektronai gali būti sudėtingo antrinių elektronų spektro
sudedamoji dalis, jeigu pirminių elektronų energija pakankamai didelė, kad
vyktų medžiagos atomų sužadinimas ir elektronų išmušimas iš vidinių
sluoksnių. Vienas iš būdų elektronams sugrįžti iš sužadintos būsenos į
nesužadintą susijęs su rentgeno spindulių atsiradimo charakteristikomis,
kitas – su daugybe sužadinto atomo vidinių elektronų perėjimų, kurie
sąlygoja elektronų emisiją ir atomo jonizaciją (vidinę konversiją arba
autojonizaciją).
Pagrindinę objekto paviršių paliekančių elektronų dalį (apie 90%)
sudaro antriniai elektronai. Jų energija sudaro kelis elektronvoltus.
Antrinių elektronų pasiskirstymo fone stebimi nedideli pikai, kai kiekvieno
elemento energijų vertės yra griežtai fiksuotos. Tie pikai yra
susiję su vadinamaisiais Ože elektronais. Jų atsiradimas (kaip ir
charakteringojo rentgeno spinduliavimo) yra susijęs su atomų sužadinimu,
kai atsiranda elektrono vakansija viename iš vidinių elektronų sluoksnių.
Jei medžiagą bombarduojančių pirminių elektronų energija pakankamai didelė,
kad išmuštų elektronus iš vidinių sluoksnių, tai atsiradusi vakansija yra
užimama elektrono iš gretimo sluoksnio. Atsipalaidavusi energija
išspinduliuojama charakteringojo rentgeno spinduliavimo kvanto pavidalu
arba yra sunaudojama elektrono atplėšimui iš kito sluoksnio – emisijai. Tai
yra Ože perėjimas. Tie emituoti elektronai vadinami Ože elektronais. Abu
elektronų perėjimai yra galimi, tačiau su skirtingomis tikimybėmis.
Nespindulinio perėjimo tikimybė nepriklauso nuo atominio numerio (kai Z
pakankamai didelis), tuo tarpu kai perėjimo, kurio metu išspinduliuojama
energija, tikimybė auga proporcingai ketvirtam Z laipsniui. Todėl lengvų
elementų atomams Ože perėjimo
tikimybė sudaro apytiksliai 95%, o sunkiems
(z>70) apie 10 %.
Paprastai Ože spektras vaizduojamas kaip kreivės pirmosios išvestinės
pasiskirstymas pagal antrinių elektronų energijas. Ože spektrai skirstomi i
serijas ir grupes lygiai taip pat kaip ir charakteringojo spinduliavimo
kvantų energijos. Jie gali būti panaudoti nustatant chemines junginių
sudėtis, o taip pat cheminių ryšių tipus bandinio paviršiuje (cheminė atomų
sąveika sukelia Ože pikų poslinkį).
Ože elektronų spektro serija apibūdinama pirmojo tipo elektronine
vakansija, o spektro grupė – antrine vakansija. Pavyzdžiui, jeigu buvo
sužadintas K sluoksnis, Ože perėjimas vyksta peršokant elektronui iš LII
lygio į K ir po to pereinant iš LIII lygio. Šis perėjimas pavaizduotas 2-
ame paveikslėlyje. Šiuo atveju Ože elektroną reikia priskirti K serijai ir
LIILIII grupei ir apibrėžti kaip K LIILIII. Jo energija išreiškiama kaip
energijų skirtumas atitinkamų elektroninių būsenų:
[pic], (1)
Kai elementų atominis numeris yra didesnis nei 20 ( kai Z>20 ), tai
tada naudojama tokio pavidalo išraiška:
[pic], (2)
čia (Ew)z ir (Ex)z – energijų reikšmės w ir x lygiuose duotajam atomui
su atitinkamu z; (Ey)z+1 – y lygio energija atome su numeriu z + 1.
Antrojo nario prasmė yra ta, kad z atomo (iš kurio buvo atplėštas
vienas iš vidinių sluoksnių elektronų), elektronai yra lauke, kuris
apytiksliai yra lygus atomo z + 1 laukui.
Tolesni skaičiavimai susiję su daug tikslesne vakansijų, esančių
vidiniuose sluoksniuose įtaka energetiniams lygiams bei Ex ir Ey. Reikia
pastebėti, kad eksperimentiškai Ože elektronai aptinkami ne su visomis
energijomis. Tai yra susiję su atrankos taisyklėmis, kurios iki šiol dar
yra ne visiškai ištirtos. Taip pat reikia pastebėti, kad kondensuotoms
sistemoms skirtingai nei izoliuotiems atomams, lygiai „išplaukia“ į
platesnes ar siauresnes energines zonas, todėl Ože elektronų pikai metalams
ir lydiniams turi plotį, kuris yra nulemtas tų zonų energijų. Išimtimi
galima laikyti tik kai kuriuos pikus su atitinkamais pločiais. Taigi pagal
Ože elektronų energijas galima nustatyti ir apibūdinti cheminio ryšio tipą.
Ože elektronų išlėkimas tiesiog proporcingai priklauso nuo pirminio
elektronų pluoštelio intensyvumo. Pirminių elektronų energija apibūdina
sužadinimą vienos arba kitos Ože spektro serijos, todėl didžiausia tikimybė
atsirasti pirminėms elektroninėms vakansijoms pasiekiama tada, kai
bombarduojančių elektronų energija maždaug tris kartus viršija atitinkamo
elektroninio lygmens energiją. Optimalios geometrinės sąlygos registruoti
Ože elektronus yra tada, kai pirminis elektronų pluoštelis krenta 70-80o
kampu (čia yra kampas tarp krentančio pluoštelio krypties ir paviršiaus
normalės). Tokiomis sąlygomis didžiausias emituotų elektronų intensyvumas
yra paviršiaus normalės kryptimi. Visa tai susiję su tuo, kad Ože
elektronų išėjimo gylis yra labai mažas palyginus su pirminių elektronų
prasiskverbimo gyliu.
Ože spektrometrą sudaro labai aukštą vakuumą turinti kamera (apie 10-6
Pa), elektroninė patranka, antrinių elektronų analizatorius ir tiriamosios
medžiagos paviršiaus valymo sistema, taip pat, be abejo, tiriamoji
medžiaga. Spektrometrai skiriasi pagal analizatoriaus veikimo principą.
Labiausiai yra paplitę spektrometrai, kurių analizatoriai naudojami su
stabdomuoju lauku. Ši sistema pasirodė labai patogi tyrimams dėl to, kad ji