Fotoelektronová spektroskopie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 3. října 2019; kontroly vyžadují 6 úprav .

Fotoelektronová spektroskopie  je metoda pro studium struktury hmoty, založená na měření energetických spekter elektronů emitovaných při emisi fotoelektronů . Metoda fotoelektronové spektroskopie je použitelná pro hmotu v plynném, kapalném i pevném skupenství a umožňuje zkoumat vnější i vnitřní elektronové obaly atomů a molekul, energetické hladiny elektronů v pevné látce (zejména rozložení elektronů ve vodivém pásmu ).

Ve fotoelektronové spektroskopii se používá monochromatické rentgenové nebo ultrafialové záření s energiemi fotonů od desítek tisíc do desítek eV. Zdroje záření ve fotoelektronových spektrometrech jsou záření z rentgenky , heliový výboj a synchrotronové záření . Registruje se rozložení elektronů podle kinetických energií. Ze zákona zachování energie lze zjistit kinetickou energii elektronu

kde je energie světelného kvanta, je vazebná energie elektronu vzhledem k Fermiho hladině, je ztráta energie elektronu na jeho cestě k povrchu, především v důsledku rozptylu na krystalové mřížce, je kinetická energie elektron emitovaný do vakua. Ve fotoelektronickém spektru se skládá ze spektra elektronů z vnitřních elektronických hladin atomů, elektronů z valenčního pásma a povrchových stavů superponovaných na spektrum sekundárních elektronů. Proces fotoemise lze rozdělit do 3 fází:

  1. Absorpce fotonu elektronem v pevné látce, proces je popsán maticovým prvkem přechodu z normálního stavu do excitovaného stavu
  2. Pohyb elektronu směrem k povrchu, při kterém může elektron podléhat rozptylu krystalovou mřížkou a vytvářet sekundární elektrony. V závislosti na kinetické energii elektronu v pevné látce vystupují fotoelektrony z různých hloubek z povrchu. Například při 50 eV dosáhne fotoelektron minimální hloubky úniku fotoelektronu 0,5–1,0 nm. S nárůstem kinetické energie elektronu se zvyšuje hloubka úniku fotoelektronu, což umožňuje studovat elektronovou strukturu pevné látky při 1000 eV, zanedbávání povrchové elektronické struktury.
  3. Překonání bariéry povrchového potenciálu v případě, kdy je kinetická energie elektronu větší než pracovní funkce pevné látky.

Elektronové spektrum lze využít ke stanovení vazebných energií elektronů a jejich energetických hladin ve zkoumané látce. Fotoelektronové spektrum je zkoumáno pomocí elektronických spektrometrů s vysokým rozlišením (bylo dosaženo rozlišení až desetin eV v rentgenové oblasti a až setin eV v ultrafialové oblasti). U molekul závisí vazebná energie elektronů ve vnitřních obalech atomů, které je tvoří, na typu chemické vazby (chemické posuny), proto se fotoelektronová spektroskopie úspěšně používá v analytické chemii k určení složení látky a ve fyzikální chemie ke studiu chemických vazeb.

V chemii je metoda fotoelektronové spektroskopie známá jako ESCA - elektronická spektroskopie pro chemickou analýzu (ESCA - electronic spectroscopy for chemical analysis).

Viz také

Odkazy