بایگانی برچسب برای: آنالیز XPS

طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس XPS ( X-ray photoelectron spectroscopy )

آنالیز XPS یا طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس یا XPS ( X-ray photoelectron spectroscopy ) یکی از آنالیزهایی می باشد که براساس برهمکنش بین پرتوی ایکس و نمونه شکل گرفته است،  XPS  یک آنالیز قدرتمند برای ارزیابی سطح نمونه به شمار می رود که اولین بار در سال ۱۸۸۷ توسط هرتزو بر مبنای اثر فوتوالکتریک بنا شد. آنالیزXPS ، در حقیقت یک تکنیک کمی ـ طیفی است که در آن نوع عناصر و ترکیب شیمیایی عناصر موجود در سطح نمونه تا عمق تقریبی ۱۰ نانومتر مشخص میگردد. یعنی اگر قرار باشد که بفهمیم سطح ماده مجهولی که در اختیار داریم از چه اتمهایی و با چه پیوندهایی تشکیل شده است از آنالیز XPS کمک می گیریم.

برای توضیح این آنالیز لازم است ابتدا به توضیح اثر فوتوالکتریک بپردازیم،

اثر فوتوالکتریک:

پدیده ای کوانتومی است که در آن یک الکترون داخل اتم با دریافت انرژی یک فوتون ، از ماده جدا شده و در فضای اطراف ماده قرار می گیرد.

یک پارامتر مهم در این اثر تابع کار ماده است که به زبان ساده حداقل انرژی مورد نیاز برای جدا کردن یک الکترون از ماده است، بدیهی است این انرژی مربوط به جداساختن الکترون در تراز فرمی است. همانطور که می دانیم تراز فرمی خارجی ترین ترازی است که توسط الکترون ها اشغال شده و الکترون های درون آن کمترین وابستگی را به هسته دارند و هر چه به تراز های داخلی تر برویم، برای خارج کردن الکترونها از ماده و یا اتم مادر به انرژی بیشتری احتیاج داریم.

برای توضیح اثر فوتوالکتریک رابطه زیر مورد استفاده است:

که در آن hν انرژی فوتون جذب شده،  انرژی پیوند الکترون یا انرژی مورد نیاز برای آوردن الکترون داخلی به سطح فرمی است، W همان تابع کار ماده و K انرژی جنبشی الکترون در هنگام خروج است. بدیهی است الکترون های مختلف انرژی های پیوند متفاوتی دارند.

حال به توضیح آنالیز XPS باز می گردیم،

در این آنالیز، پرتوی X به سطح نمونه تابیده می شود و سپس در نزدیکی سطح ماده در فاصله ۱ تا ۱۰ نانومتری الکترون های خروجی از ماده ردیابی می شوند و انرژی جنبشی آنها اندازه گیری می شود. با اندازه گیری تابع کار با توجه به پر انرژی ترین الکترون خروجی (که از سطح فرمی آمده) و با دانستن انرژی فوتون های پرتو X تابیده شده به نمونه و اندازه گیری انرژی جنبشی هر الکترون انرژی پیوند منحصر به فرد آن الکترون بدست می آید.

در طیف‌سنجی XPS ( X-ray photoelectron spectroscopy ) ، نموداری از تعداد الکترون‌های ردیابی شده بر واحد زمان (محور عرضی نمودار) بر حسب انرژی پیوندی الکترون‌ها (که با اندازه گیری انرژی جنبشی الکترونهای خارج شده از ماده و با کمک رابطه فوتوالکتریک) در ماده مورد آزمایش می‌باشد. هر عنصری در این نمودار، چند ماکزیمم منحصر به فرد به خود را دارد، که مشخصه آن عنصر می‌باشد. وجود ماکزیمم متعلق به هر عنصر در طیف بدست آمده از آنالیز یک ماده، گویای وجود آن عنصر در سطح ماده مورد آزمایش می‌باشد. ماکزیمم‌های مشخصه هر عنصر، با نحوه آرایش الکترون‌ها در اتم آن عنصر، مرتبط می‌باشد و می‌توان اطلاعاتی از موضع الکترون‌های ردیابی شده در لایه‌های الکترون بدست آورد. هر چه میزان انرژی جنبشی اندازه‌گیری شده یک الکترون بیشتر باشد، گویای این واقعیت خواهد بود که انرژی پیوند آن کمتر بوده، لذا به لایه‌های اربیتالی بیرونی تر تعلق داشته است؛ بنابراین، الکترون‌های لایه‌های داخلی،  انرژی جنبشی کمتری خواهند شد و ماکزیمم مشخصه آن‌ها در نمودار طیف‌سنجی، در سمت انرژی‌های بالای انرژی پیوندی خواهند بود. هر عنصر، دسته‌ای از ترازهای داخلی منحصر به فرد خود را دارد و انرژی پیوند این ترازها می‌تواند مثل اثر انگشتی برای شناسایی آن عنصر بکار رود.

تفاوت آنالیز XPS با آنالیز EDAX در چیست؟

میدانیم که در سطح آلمینیوم همیشه یک لایه نازک اکسید آلمینیوم وجود دارد. حال اگر با ( طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس ) XPS آنالیز کنیم، اطلاعاتی که از این آنالیز بدست می آوریم نشان دهنده اکسید آلمینیوم خالص است چون این آنالیز مخصوص بررسی سطح می باشد. اما اگر با EDAX آنالیز کنیم، اطلاعاتی که از این آنالیز حاصل می شود بیانگر آلمینیوم خالص می باشد، چونکه این آنالیز اطلاعات از حجم ماده به ما میدهد.