طیف‌بینی فوتوالکترون اشعه ایکس

نمونه کار نوع دستگاه طیف‌سنج فوتوالکترون پرتو ایکس

طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (به انگلیسی: X-ray photoelectron spectroscopy)‏ گونه‌ای طیف‌سنجی کمی‌ست که در آن با تاباندن پرتو ایکس و اندازه گیری همزمان تعداد الکترون آزاد شده از در فاصله 1 تا 10 نانو متری سطح، و انرژی جنبشی این الکترونها، طیفهایی بدست می‌آید که بیانگر برخی ویژگی‌های ماده است. این روش نیاز به خلا بسیار بالا (حدود 10^-7‎ تا ^-10‎ بار) دارد.

از آنجا که انرژی پرتو ایکس تابانده شده مشخص است، می‌توان انرژی الکترون گسیل‌شده را بوسیله قانون کار رادرفورد بدست آورد:

$E_\text{binding} = E_\text{photon} - \left(E_\text{kinetic} + \phi\right)$

که $E_\text{binding}$ انرژی پیوند الکترون، $E_\text{photon}$ انرژی پرتو ایکس تابانده شده، $E_\text{kinetic}$ انرژی جنبشی الکترون (بوسیله دستگاه ویژه ای اندازه‌گیری می‌شود) و $\phi$ تابع کار طیف‌سنج (و نه ماده) است.

کاربردهای عمومی

• شناسایی عناصر روی سطح (فاصله 10 نانومتر) و مقدار آنها برای تمامی سطوح بجز هیدروژن و هلیم
• شناسایی فرمول تجربی
• شناسایی حالت شیمیایی و الکترونی هر عنصر روی سطح
• شناسایی ناخالصی‌های روی سطح
• پروفایل‌های ترکیبی توزیع عنصری در فیلم‌های (لایه‌های) نازک
• آنالیز ترکیب نمونه‌ها، هنگامی که باید از تأثیرات مخرب تکنیکهای اشعه الکترونی، پرهیز شود.

نمونه کاربردها

• تعیین حالتهای اکسیداسیون اتمهای فلزی در لایه‌های سطحی اکسیدفلزی
• شناسایی کربن سطحی به صورت گرافیتی یا کربایدی

داده‌ها

محور عمودی نمودار طیف این روش شمار الکترونهای شناسایی شده (گاهی شمار الکترون بر یکای زمان) و محور افقی انرژی پیوند این الکترون‌ها است. هر عنصر باشنده روی سطح در نمودار قله‌های (پیک) ویژه‌ای در نمودار پدیدار می‌کند که نشانگر پیکربندی الکترونی آن عنصر است (1s, 2s, 2p, 3sو ...). شمار الکترون شناسایی شده نیز بیانگر مقدار آن عنصر در سطح است.

نمونه‌ها

• شکل – جامدات (فلزات، شیشه‌ها، نیمه هادی‌ها، سرامیکهای با فشار بخار کم )
• اندازه:
• تهیه : باید بدون اثر انگشت، چربی یا آلوده کننده‌های سطحی دیگر باشد.

محدودیت

• مجموعه اطلاعات به آرامی با تکنیکهای دیگر آنالیز سطحی مقایسه می‌شود ولی زمان آنالیز را می‌توان هنگامی که رزویشن بالا یا شناسایی حالت شیمیایی، مورد نیاز نباشد، کاهش داد.
• تفکیک جانبی ضعیف
• حساسیت سطحی قابل مقایسه با تکنیکهای آنالیز سطحی دیگر
• تأثیرات شارژ، ممکن است با نمونه‌های عایق، مشکل باشد. بعضی از دستگاهها، با ابزارهای موازنه کننده بار مجهز می‌شوند.
• دقت آنالیز کمی، محدود است.

زمان تخمینی آنالیز

• نیاز به پمپ خلاء در طول شب پیش از آنالیز دارد.
• آنالیز کیفی، می‌تواند در عرض ۱۰-۵ دقیقه انجام شود.
• آنالیز کمی، نیاز به ۱ ساعت تا چندین ساعت، زمان دارد که بستگی به اطلاعات مورد نیاز دارد.

جستارهای وابسته

فهرست روش‌های آنالیز مواد