MEM 3213 Karakterizasyon Teknikleri 1 Elektron Spektroskopisi Elektron

MEM 3213 Karakterizasyon Teknikleri 1

Elektron Spektroskopisi ØElektron Spektroskopisi (fotoelektron spektroskopisi), molekül veya atomların X-ışınları veya elektron demetleri ile uyarılması sırasında oluşan iyonlaşma sonucu koparılan elektronların kinetik enerjilerinin ölçülmesi esasına dayanır. ØElektron spektroskopisinin temeli fotoelektrik olayıdır. 2

X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) Ø 1981 yılında XPS çalışmaları ile Nobel ödülü alan İsveç’li Şzikçi K. Siegbahn bu konudaki ilk çalışmaları yapmıştır. ØXPS tekniği incelenen elementin bulunduğu molekül yapısı ve yükseltgenme basamağı hakkında bilgi verir. 3

X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ØŞekilde görüldüğü gibi hu enerjili monokromotik X-ışını demetindeki fotonlardan her biri iç orbitallerden bir elektronu koparır ve bu olay sırasında oluşan iyon uyarılmış iyondur. ØBurada, A molekül, iyon veya bir atomu, A+* ise elektronik olarak uyarılmış atomu (oluşturulan iyonu) tanımlar. ØFırlatılan elektronun kinetik enerjisi numuneye gönderilen X-ışınlarının enerjisi ve elektronun bağlanma enerjisine (Eb) bağlıdır. 4

X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ØElektron X-ışınlarından aldığı enerjinin bir kısmını Eb enerjisini yenmek için kullanır ve geriye kalan elektronun kinetik (Ek) enerjisi olarak gösterilir. ØBir elektronun bağlanma enerjisi elektronun bağlandığı atomun ve bulunduğu orbitalin karakteristik bir değeridir. Øw değeri elektronun içinde bulunduğu ortama bağlı bir düzeltme faktörüdür ve spektrometrenin iş fonksiyonu olarak tanımlanır. 5

X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ØBir elektronun Eb değeri örnek maddede bulunan elementin yükseltgenme sayısına ve elementin kimyasal çevresine bağlıdır. ØBağlanma enerjisinin ölçümü ile örnek maddedeki element hakkında ayrıntılı bilgiler elde edilebilir. 6

X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) Aynı elementin aynı seviyedeki bir elektronu için elde edilen farklı Eb değerlerinin nedeni, elektronun farklı çevrelerde farklı bağlanma enerjilerine sahip olmasından kaynaklanır. Bağlanma enerjisinde gözlenen bu farklılıklara kimyasal kayma adı verilir. Kimyasal kayma temel olarak üç faktöre bağlıdır: a) atomun yükseltgenme basamağına b) atoma bağlı grupların sayısına c) elektronegativite değerine 7

8

X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ØIşın kaynağı, numune tutucu, monokromotör görevi yapan bir analizör, dedektör, sinyal işlemcisi ve veri okuma cihazından oluşur. ØXPS spektrometrelerinde kullanılan X-ışını kaynakları Mg veya Al hedefli tüplerdir. Bu iki elementin Ka çizgilerinin bant genişlikleri 0. 8 nm (1487 e. V) ile 0. 9888 nm (5406 e. V) arasındadır. ØAnalizörler yarı küresel tipte olup bu sistemde elektron demeti elektrostatik bir manyetik alanla saptırılarak eğri bir yol izler. Eğriliğin yarıçapı elektronun kinetik enerjisi ve uygulanan alanın büyüklüğüne bağlıdır. Analizör basıncı 10 -5 torr veya düşük değerde olmalıdır. 9

10

Enstrümantal Analiz İlkeleri, Douglas A. Skoog, Timothy A. Nieman, F. James Holler 11