Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 7
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический факультет
Кафедра аналитической химии
РЕФЕРАТ
РЕНТГЕНОВСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
специальность 020101 Химия
специализация 020101.01 Аналитическая химия
Студент ______________Карташова В.В., 4 курс, д/о, хим. ф.
Руководитель _________________Васильева В.И., к.х.н., доц.
Воронеж 2013
Содержание
6. Заключение………………………………………………………....21
Список литературы………………………………………………...22
1. Физические основы и этапы развития метода
Фотоэлектронной спектроскопией называют метод изучения электронного строения вещества. Она основана на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих в результате фотоионизации атомов, молекул или твердых тел. Фотоионизация - ионизация вещества под действием света.
Для того, чтобы зарегистрировать фотоэлектрон, должны быть выполнены следующие условия:
• Энергия фотона должна быть достаточна, чтобы электрон смог покинуть твердое тело.
• Скорость электрона должна быть направлена в сторону внешней поверхности.
• Электрон не должен потерять энергию в столкновениях с другими электронами на своем пути к поверхности.
Основные законы фотоионизации (фотоэффекта) были установлены на рубеже 19-го и 20-го столетий. Г.Герц открыл фотоэффект, а российский физик А.Г. Столетов изучил и сформулировал его закономерности.
Теория метода была заложена в 1905 году, когда А. Эйнштейн вывел уравнение для фотоэффекта:
hν =Eсв+Eкин , (1)
где hv - энергия кванта (h – const Планка, v – частота падающего излучения), Eсв – энергия связи внутреннего или валентного электрона в веществе, Eкин- кинетическая энергия электрона после его вырывания из вещества, т.е. после фотоионизации.
В зависимости от величины энергии кванта hv в соотношении (1) в настоящее время различают ультрафиолетовую фотоэлектронную спектроскопию (УФЭС), когда энергия кванта hv ³ 20 эВ (соответствующие длины волн от 1000 до 250Å) соответствует области ультрафиолетового излучения и рентгенофотоэлектронную спектроскопию (РФЭС), когда энергия кванта hv ~ 103 эВ (соответствующие длины волн от 100 до 1Å) соответствует рентгеновскому излучению. Так, УФЭС используется для изучения валентной зоны и зоны проводимости. РФЭС зондирует глубокие основные уровни.
Это разделение на два типа достаточно условно как с точки зрения объекта исследования (подразделение энергетических уровней на основные и валентные само по себе условно), так и с точки зрения используемых источников излучения (при использовании синхротронного излучения можно излучать фотоэмиссию от мягкого ультрафиолетового излучения до жесткого рентгеновского). Более того в обоих методах используются одни и те же физические процессы.
В настоящее время электронно-спектроскопические исследования свойств поверхности являются областью знаний, имеющей большое значение для современного материаловедения, физики наноразмерных и молекулярных структур, физики и химии конденсированного состояния и тонких пленок. Одним из наиболее информативных методов, позволяющих проводить комплексные исследования пленок наноразмерной толщины, является рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). Высокая поверхностная и элементная чувствительность делают РФЭС незаменимым инструментом исследования пленок, толщина которых не превышает нескольких наномеров, а именно такие пленки наиболее востребованы для использования в современной нанотехнологии и наноэлектронике. Метод РФЭС применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутренних оболочках образующих их атомов зависят от типа химической связи (химические сдвиги), поэтому РФЭС успешно применяется в аналитической химии для определения состава вещества и в физической химии для исследования химической связи.
Кай Зигбан – профессор шведского университета г. Упсала в середине 60-х годов предложил метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, его работы были отмечены Нобелевской премией. В основе данного метода лежит явление фотоэффекта (рис.2.1.), которое заключается в эмиссии фотоэлектронов при падении фотонов на поверхность твердого тела.
Рис.2.1. Явление фотоэффекта
Таким образом, можно выделить следующие основные аналитические характеристики метода РФЭС:
• Толщина анализируемого слоя – 1-3 нм;
• Точность определения концентрации составляет 0.3-1 ат.% (зависит от элемента);
• Предел обнаружения элементов варьируется в пределах 0.1-1 ат.% (зависит от коэффициента элементной чувствительности);
• Определение энергии связи с точностью 0.1-0.2 эВ (зависит от спектрометра);
• Простая форма пиков. Форма фона легко моделируется;
• Типичное время записи спектра 10-30 мин.
В нашей стране первые действующие рентгеноэлектронные спектро-метры были построены в Институте металлофизики (Свердловск, 1970 г.) и в Институте неорганической химии (Новосибирск, 1972 г.) Большой вклад в становление метода исследования природы химической связи в неорганических веществах и материалах был сделан профессором В.И. Нефедовы (Москва).
2. Основное уравнение фотоэффекта
В уравнении (1) отражены важнейшие особенности внешнего фо-тоэффекта. Однако в ряде случаев для получения точных значений энергии связи Eсв необходим учет дополнительных факторов, отражающих особенности исследуемых систем. Ион, который образуется при удалении электрона из атома или молекулы, также получает некоторую кинетическую энергию, на которую должна быть уменьшена энергия измеряемого фотоэлектрона. В этом случае уравнение для фотоэффекта имеет вид:
hν = Eсв+ Eкин+ Eотд, (2)
где Eотд — энергия отдачи при эмиссии электрона.
Однако масса образованного иона настолько больше массы вылетающего электрона, что кинетическая энергия иона (в соответствии с законом сохранения количества движения) пренебрежимо мала по сравнению с энергией электрона, и ее можно не учитывать при интерпретации спектров. При hν ∼ 1500 эВ Eотд ~ 0,1 эВ, поэтому добавочным членом в уравнении (2) можно пренебречь.
Атомы, образующие молекулу, колеблются относительно друг друга.
Молекула как целое может еще и вращаться. В связи с этим возникает необходимость учета возможности нахождения молекулы до и после выбивания фотоэлектрона в состояниях с определенной колебательной Eкол и вращательной Eвращ энергиями. Если электрон выбит с некоторого электронного уровня, а образовавшийся молекулярный ион находится в некотором колебательном и вращательном состояниях, то основное уравнение фотоэффекта будет иметь вид:
hν = Eсв+ Eкин+ ΔEкол+ ΔEвращ, (3)
где ΔEкол — изменение колебательной, а ΔEвращ — вращательной энергий молекулы при ионизации.
Таким образом, фотоэлектрон, выброшенный с какого-либо электронного уровня с энергией Eсв, может иметь различную кинетическую энергию в зависимости от того, в какое колебательное (вращательное) состояние переходит молекула в процессе ионизации.
Из (3) видно, что каждому значению Eкин соответствует свой максимум в фотоэлектронном спектре. Так как Eсв>> ΔEкол> ΔEвращ, то соответствующие линии рентгеноэлектронного спектра, связанные с различными значениями ΔEкол и ΔEвращ, должны проявиться в виде отдельных максимумов на фоне основной линии, соответствующей выбиванию электрона с некоторого электронного уровня. Однако малое энергетическое расстояние между отдельными колебательными и вращательными уровнями (<0,1 эВ) обычно не позволяет выявить на фотоэлектронном спектре отдельные линии, связанные с этими уровнями. Наличие соответствующих уровней проявляется в фотоэлектронных и рентгеноэлектронных спектрах в виде расширения основной фотоэлектронной линии, отвечающей соответствующему электронному уровню. Тонкая структура линии проявляется только при измерении спектров с очень высоким разрешением. Как уже говорилось, уравнение (1) описывает самые основные, наиболее существенные особенности фотоэффекта.
В случае твердых образцов уравнение (1) видоизменяется, поскольку образец находится в электрическом контакте со спектрометром. Действительно, если контактируют два проводника с различными значениями работы выхода, между проводниками происходит обмен электронами. Электроны проводимости с более высоким уровнем Ферми (малая работа выхода) перетекают на проводник с более низким уровнем Ферми (большая работа выхода). В результате первый из проводников заряжается положительно, а второй — отрицательно. Возникновение этих зарядов вызывает смещение друг относительно друга энергетических уровней обоих проводников. Подобное смещение претерпевают все энергетические уровни, в том числе и уровень Ферми. Процесс обмена электронами между образцом и спектрометром продолжается до тех пор, пока уровни Ферми обоих металлов не выровняются. В этом случае между металлом (образцом) и спектрометром устанавливается разность потенциалов (φобр–φсп)/e, которая увеличивает или уменьшает измеряемую величину Eкин фотоэлектронов образца. Иными словами, уровни вакуума различны для образца и спектрометра. Переходя от поверхности образца в спектрометр, фотоэлектрон “чувствует” потенциал, равный разности между работой выхода спектрометра φсп и работой выхода образца φобр.
Рис.2.1 Схема энергетических уровней для твердого образца и спектрометра.
На рис. 2.1 показана схема энергетических уровней для материалов образца и спектрометра в условиях установившегося между ними равновесия. Схема позволяет определить энергии связи электронов в исследуемом образце с учетом возникающей между спектрометром и образцом разности потенциалов. Как видно из рисунка, энергия связи Eсв в образце может быть определена по отношению к общему уровню Ферми из соотношения:
hν = Eсв+ Eкин+ φсп (4)
Электроны регистрируются спектрометром, поэтому измеряемая в спектрометре величина Eкин связана с величиной E 'кин на поверхности образца соотношением:
Eкин= E 'кин– (φобр– φсп) (5)
Энергия связи (ионизации) относительно уровня вакуума будет оп-ределяться соотношением:
Еион= Eсв+ φобр (6)
Если образец является полупроводником или диэлектриком, обычно рассматривают некоторый “эффективный” уровень Ферми, который не связан непосредственно с положением каких-либо электронных уровней. В этом случае уровень Ферми находится между последним заполненным уровнем зонной проводимости что затрудняет расчет энергии связи Eсв.
Поверхность образцов, не обладающих хорошей проводимостью, может заряжаться при испускании электронов. Это приводит к сдвигу эффективного уровня образца относительно уровня Ферми спектрометра. Известно, что положительный электрический заряд, накапливаемый на образце вследствие вылета электронов, может сдвинуть уровни атомов на несколько электрон-вольт. Уравнение для Eсв с учетом возможной зарядки образца будет иметь вид:
Eсв= hν – Eкин– φсп ± Eзаряд, (7)
где Eзаряд — поправка, учитывающая возможность зарядки образца.
В общем случае поверхностный слой вещества может заряжаться
как положительно, так и отрицательно по отношению к спектрометру.
Отрицательный заряд может возникнуть при наличии большого числа
вторичных электронов, выбитых из стенок камеры, в которую помещен
образец.
Из уравнения (1) видно, что, если известны величины hν и Eкин, то можно определить энергию ионизации Eион или энергию связи Eсв соответству-щего уровня. Для определения Eкин используются специально созданные электронные спектрометры. Электронный спектрометр (рис. 3.1.) состоит из трех основных частей, в которых, соответственно, происходит генерация электронов, анализ их энергии и регистрация.
В спектрометре поток ионизирующего излучения направляется на образец. Электроны могут быть выбиты из любой оболочки молекулы, ионизационный потенциал которой меньше энергии квантов. Выбитые электроны попадают в анализатор энергий электронов спектрометра, где они описывают различные траектории в зависимости от своих энергий и от напряжения, приложенного к электродам анализатора. Наиболее распространен и хорошо известен сферический анализатор, в котором к обкладкам сферического конденсатора приложено заданное напряжение. Разность потенциалов между двумя пластинами сферического конденсатора непосредственно связана с кинетической энергией электронов, прошедших через анализатор, соотношением:
, (8)
где Eкин — кинетическая энергия электрона; V — разность потенциалов
между двумя сферами радиусами R1 и R2. Если менять напряжение на обкладках, то можно проанализировать спектр энергии Eкин, которой обладают электроны, падающие на входную щель анализатора.
Исследуемое вещество облучается монохроматическим рентгеновским излучением. В качестве источника рентгеновских монохроматических квантов может быть использована обычная рентгеновская трубка, анод которой сделан из материала, имеющего достаточно интенсивную и узкую линию характеристического рентгеновского излучения. В качестве таких линий выступают обычно Kα12-линия Mg (hν = 1253,6 эВ) или K α12-линия Al (hν = 1486,6 эВ).
Рис. 3.1 Принципиальная схема рентгеновского электронного спектрометра:
1 — источник рентгеновского излучения; 2 — образец; 3 — анализатор; 4 —детектор электронов; 5 — усилитель; 6 — самописец.
Источники. В РФЕС для возбуждения электронов внутренних источником излучения служит рентгеновская трубка. Обычно используют монохроматическое излучение KαMg с энергией 1253,6 эВ или KαAl – 1486,6 эВ. Ширина возбуждающей линии порядка 1 эВ. Если необходимо получить высокое разрешение, используют дополнительную монохроматизацию (кристаллами), что приводит к сужению возбуждающей линии и увеличению разрешающей способности прибора.
В УФЭС внешних электронных оболочек возбуждающим источником УФ излучения является, как правило, резонансная гелиевая лампа (разрядная лампа) с капиллярным коллиматором, направляющим на образец узкий луч света. Используются линии HeI – 21,2 эВ (собственная ширина линии менее 10-2 эВ) и HeII – 40,8 эВ.
Анализаторы. Выбитые электроны поступают через входную щель в электронный анализатор-монохроматор, в котором происходит разделение электронов по скоростям (моментам). Электроны с соответствующей кинетической энергией попадают через выходную щель на детектор.
Анализаторы могут быть с магнитной или электростатической фокусировкой. Последние имеют преимущество в защите от внешних электромагнитных помех, поэтому в современных спектрометрах применяются анализаторы типа электростатического конденсатора.
Разрешающая способность электростатического анализатора определяется отношением ΔE/Eкин. На практике современные спектрометры позволяют получить разрешение сигналов фотоэлектронов с внутренних уровней до 0,2 эВ, а с внешних уровней до 0,02 эВ, которое бывает достаточно для наблюдения колебательной структуры спектра, т.е. разрешающая способность приборов с источником, дающим узкую линию возбуждающего излучения, имеет порядок ~ 10-3.
Приемники. Обычно в качестве детекторов используют фотоэлектронные умножители. Усиленный после детектора сигнал поступает на самописец или через интерфейс на совмещенную с прибором ЭВМ.
Спектр фотоэлементов получают. Сканируя или поле анализатора, или замедляющее поле. Регистрация может проводиться непрерывно или ступенчато (по точкам). Для улучшения отношения сигнала к шуму необходимо усреднение по многократным сканам или увеличения времени счета импульсов в каждой точке. Имеющиеся в современных спектрометрах микропроцессоры и мини-ЭВМ управляют работой системы и обеспечивают накопление сигналов, усреднение, сглаживание, разложение сложных контуров на отдельные компоненты, вычитание фона, дифференцирование, интегрирование и другую обработку спектров.
Образцы. Можно получить фотоэлектронные спектры твердых или газообразных (при низких давлениях) образцов; жидкости для исследования замораживают или испаряют. При излучении твердых образцов особенно необходим высокий вакуум для предохранения поверхности от загрязнения адсорбируемыми частицами, иногда необходимо охлаждение.
Даже свежеприготовленные образцы часто оказываются для ФЭС сильно загрязненными. Например, металлические поверхности на воздухе сразу покрываются оксидными пленками, а в вакууме почти всегда по сигналу C1s обнаруживается пленка масла от вакуумного насоса (этот сигал бывает полезен и часто используется для калибровочных целей). Специальные камеры для подготовки образцов при спектрометрах позволяют без вынесения на воздух обрабатывать образцы, чистить поверхности ионной или электронной бомбардировкой, менять и т.д.
Рис. 3.2 Современный рентгеноэлектронный спектрометр.
4. Рентгеноэлектронный количественный анализ
Поскольку значение Есв для различных элементов существенно различаются на десятки, сотни и даже тысячи электроновольт для различных основных уровней, то измеренные Есв широко используются для определения качественного элементного состава вещества и его поверхности. Количественный анализ поверхностных слоев образца ~ 10 нм основан на прямой пропорциональности интенсивности линии и концентрации определяемого элемента в исследуемом образце. Интенсивность линии рентреноэлектронного спектра определяется следующим соотношением:
, (9)
Т- аппаратурный множитель;
С- атомная концентрация элемента в образце;
σ - сечение фотоионизации данного электронного уровня;
β - параметр ассиметрии линии;
θ - угол между направлениями вылета фотоэлектрона и падающим излучением, обычно θ = 90°;
λ - длина свободного фотоэлектрона в веществе;
k - параметр, учитывающий вероятность многократной фотоионизации, приводящей к появлению сателлитов;
d – толщина исследуемого слоя;
λ' – длина свободного пробега в нем фотоэлектрона.
Обычно при измерении относительных интенсивностей одной и той же линии в исследуемом образце и стандартном элементарном веществе изменением величин k и exp(-d/ λ') пренебрегают, β чаще всего лежит в пределах 1< β < 2, Т~Екин-1/2, σ табулированы, λ ~ Екин-1/2. Тогда отношение интенсивностей данной линии в исследуемом веществе и стандартном образце запишется так:
,
в котором А легко рассчитать в соответствии с формулой 9.
Если стандартный образец в виде чистого элемента, то С2=1 и .
Более точное определение на основе измерений возможно с помощью метода градуировочных кривых, когда измеряются отношения в зависимости от различных для веществ с заранее измеренным точным составом. В этом случае относительная погрешность в определении С1 составляет более 10%.
Проведение количественного анализа методом РФЭС на содержание элементов А и В в двухкомпонентном сплаве АВ основано на измерении относительной интенсивности основных линий РФЭС IА/ IА0 и IВ/ IВ0 в соответствии с приближенным выражением:
, (10)
где λА, λВ – средняя длина свободного пробега в элементах А и В, λAB – та же величина в сплаве АВ, RA0 и RB0 – коэффициенты, определяющие интенсивность эмиссии с поверхности для чистых стандартных образцов, NA0 и NB0 – атомные плотности для чистых стандартных образцов.
Элементный состав. Остовные электроны в молекуле, как было показано выше, сохраняют признаки своего атома, и поэтому, используя рентгеноэлектронные спектры, можно проводить элементный анализ вещества: наличие определенного элемента обнаруживается по присутствию линии, соответствующей его K- (или другой внутренней) оболочке. Так например, кислород имеет линию, связанную с 1s-электронами в области ~530-534 эВ, атом фтора — 684-686 эВ. Хотя и имеется определенный разброс в энергетическом положении 1s-уровня элемента (~5 эВ) в различных химических веществах, однако, разность энергий 1s-линий соседних элементов, например, кислорода и фтора (~150 эВ) намного больше этого разброса. Следовательно, величины энергий связи можно использовать для определения качественного состава, поскольку для разных элементов они существенно отличаются друг от друга (табл. 4.1.).
Таблица 4.1 Энергии связей электронов в атомах, эВ.
Химический сдвиг. Одной из наиболее важных возможностей метода РФЭС является возможность определения химического состояния атомов на поверхности образца из изменения величины энергии связи линии (химический сдвиг). Как следует из экспериментальных данных, энергия связи Eсв электронов остова несколько меняется при изменении характера химического окружения атома, спектр которого изучается. Изменения энергии связи ∆Eсв для электронного уровня одного и того же элемента в разных соединениях принято в настоящее время называть химическим сдвигом. Одним из важнейших результатов, полученных группой шведских физиков, является демонстрация возможности измерения химических сдвигов на примерах исследования рентгеноэлектронных спектров многих органических и неорганических соединений и создание аппаратуры, способной регистрировать соответствующие сдвиги. Сдвиг энергии внутренних электронов в зависимости от химического окружения для линии Si2p (рис. 4.1.).
Рис. 4.1 Химический сдвиг энергии связи линии Si2p и SiO2.
Измеренная энергия связи Si2p изменяется более чем на 4 эВ при переходе от Si к SiO2. Сдвиг энергии уровня обычно измеряется относительно свободного элемента. Средняя точность экспериментальных значений Eсв ~ ±(0,1-0,2) эВ для твердых тел и около ±0,04 эВ для газов. Для иллюстрации зависимости энергии связи окружения атома часто используют рентгеноэлектронный 1s-спектр углерода этилового эфира трифторуксусной кислоты (рис. 4.2.).
Рис. 4.2 Рентгеноэлектронный C1s-спектр в трифторацетате.
Четыре максимума C1s почти равной интенсивности в весьма изящной форме представляют четыре окружения атомов углерода в этой молекуле. Энергия электрона на внутренней оболочке определяется кулоновским взаимодействием (отталкиванием) с другими электронами и притяжением электрона к ядру. Любые изменения в химическом окружении элемента будут влиять на пространственное перераспределение заряда валентных электронов данного атома и вызывать изменения потенциала, заметное для внутреннего электрона.
В табл. 4.2. приведены значения энергии связи внутреннего 2p-уровня атома серы в некоторых неорганических соединениях. Видно, что они различаются довольно существенно, при этом очень четко идентифицируется сульфидная, элементарная и сульфатная сера.
Таблица 4.2. Энергии связи 2p-уровня атома серы (эВ) в некоторых соединениях
Степень окисления. Рентгеноэлектронные спектры позволяют четко показать, что энергия связи внутреннего уровня атома в сильной степени зависит от степени окисления элемента, спектр которого изучается. Так, уже в первых работах было установлено, что при одинаковых ближайших соседях сдвиг внутренних уровней исследуемого атома в сторону больших значений Есв тем больше, чем больше степень окисления элемента в соединении. Это можно продемонстрировать на примере соединений железа (табл. 4.3.).
Таблица 4.3. Энергия связи (эВ) в неорганических соединениях железа.
При изучении поверхности металлов и сплавов весьма часто возни-кают вопросы, является ли поверхность окисленной и какой именно компонент сплава окислен. Рентгеноэлектронные спектры в большинстве случаев помогают решить эту задачу, поскольку энергия связи электрона в металле обычно на несколько электрон-вольт меньше, чем в оксиде, причем с увеличением степени окисления также растет положительный химический сдвиг. Очень интересный эксперимент описан у К. Зигбана. Металлический бериллий испарялся при давлении 10-4 Торр и осаждался на алюминиевую подложку. Образец облучался рентгеновскими квантами Kα-линии Al, и изучались вырванные 1s-электроны с целью определения энергии связи 1s-электрона в бериллии. Полученный спектр (рис. 4.3) состоит из двух линий одинаковой интенсивности, расстояние между которыми равно 2,9 ± 0,1 эВ. Появление двух линий вместо одной можно объяснить тем, что металл частично окислен, и одна из линий электронного спектра соответствует металлическому бериллию, а другая — окисленному бериллию. Для проверки этого предположения образец нагревался на воздухе до того момента, когда можно было считать, что весь бериллий окислился и снова снимался электронный спектр. На этот раз получалась только одна 1s-линия. Ее положение совпадает с положением линии меньшей кинетической энергии на рис. 4.3. Значит эта линия бериллия в окисле. Для дополнительного доказательства бериллиевый образец, полученный испарением в вакууме, частично восстанавливается цирконием. Затем был получен электронный спектр этого образца, показанный на рис. 4.3. Хотя в спектре видны обе линии, линия, соответствующая окислу, гораздо менее интенсивна. Согласно этим экспериментам, линию большей кинетической энергии нужно приписать металлическому бериллию, а линию меньшей энергии — бериллию в окисле. Это означает, что при окислении энергия связи внутреннего 1s-электрона бериллия возрастает на 2,9 эВ.
Рис. 4.3 Рентгеноэлектронные Be1s-спектры.
Поверхность твердого тела. Метод рентгеноэлектронной спек-троскопии в настоящее время широко применяется для исследования поверхности твердых тел. Проблема изучения поверхности твердого тела является одной из важнейших в современной науке. Увеличение прочности металлических изделий, их коррозионной стойкости, разработка новых эффективных покрытий, адгезия, трение — вот далеко не полный перечень проблем, связанных с поверхностью твердого тела.
В рентгеноэлектронной спектроскопии регистрируются электроны, вышедшие из слоя вещества, в котором они не успевают отдать часть своей кинетической энергии другим электронам и атомам. Толщина этого слоя ∼20—40 Å и, следовательно, рентгеноэлектронные спектры характеризуют только атомы поверхностного слоя. Вследствие этого рентгеноэлектронные спектры внутренних уровней атомов, входящих в соединение или материал, позволяют определять элементный состав поверхности, концентрацию элементов на поверхности, химическое состояние атомов на поверхности и в приповерхностных слоях и т.д.
Именно эти аналитические возможности метода позволяют изучать различные физико-химические процессы, протекающие на поверхности твердого тела.
6. Заключение
Метод рентгеноэлектронной спектроскопии, как следует из выше-изложенного, позволяет получать ценную информацию о составе и строении исследуемых объектов — устанавливать их элементный состав и идентифицировать электронное состояние отдельных атомов. Эти возможности метода широко используются в химии, катализе, материаловедении. Метод не нашел пока широкого применения в области исследования строительных материалов. Связано это, по-видимому, с тем, что он не является таким широкодоступным и хорошо известным, как методы рентгенофазового анализа, ИК спектроскопии, термические методы анализа. Однако опыт использования метода РФЭС в химии позволяет заключить, что он, несомненно, может считаться перспективным для изучения строения и свойств строительных материалов.
Список литературы