UV fotoelektron spektrometria

A fotoelektron UV-spektrometria ( angolul UV-fotoelektron-spektroszkópia  : UPS ) a fotoelektron-spektroszkópia egy olyan módszere, amely magában foglalja az ultraibolya fotonok (UV) által indukált fotoelektron-spektrumok mérését . A vegyértékréteg és a kémiai kötések energiaszintjének, különösen a molekuláris pályák kötődési jellegének tanulmányozására szolgál .

Ezt a módszert eredetileg David W. Turner fejlesztette ki gázfázisú molekulákra 1962-ben, a többi úttörő David C. Frost, JHD Eland és K. Kimura. Később, Richard Smalley módosított technika és használt lézer UV gerjeszti a minta mérésére kötési energiája elektronok a klaszterek gázmolekula.

Szerint Einstein fotoelektromos törvény a szabad molekula kinetikus energiája (E c ) valamely kibocsátott fotoelektron jelentése

,

ahol h Planck állandója, ν az ionizáló fény frekvenciája, I pedig olyan ionizációs energia, amely megfelel egy elfoglalt molekulapálya energiájának (nem feltétlenül a legmagasabb).

1960 előtt a fotoelektronok szinte minden kinetikus energiamérését a fémekből és más szilárd felületekből kibocsátott elektronokon hajtották végre. Kai Siegbahn 1956 körül kifejlesztette a röntgen fotoelektron spektrometriát (XPS) a szilárd felületek kémiai elemzéséhez. Ez a módszer röntgenforrásokat használ az atommag- elektronok energiaszintjének tanulmányozására . Abban az időben az energiafelbontás 1  eV ( elektron-volt ) nagyságrendű volt .

Az ultraibolya fotonokat (UPS) használó módszert David W. Turner, az Imperial College (London), majd az Oxfordi Egyetem fizikai kémikusa fejlesztette ki a gázfázisban lévő szabad molekulák fotoelektronikai spektrumának tanulmányozására publikációk sorozatában. 1962 és 1967 között fotonforrásként héliumkisüléses lámpát alkalmaz, amely 58,4  nm hullámhosszon bocsát ki (ami 21,2  eV energiának felel meg ) az ultraibolya vákuumban. Ezzel a forrással a Turner csoport 0,02  eV energiafelbontást ér el . Az UV-módszer a vegyértékréteg energiaszintjeire korlátozódik , de ezeket nagyobb pontossággal méri, mint a röntgensugárzást alkalmazó módszer. 1967 után kereskedelmi forgalomban lévő UPS-spektrométerek álltak rendelkezésre.

Ez a módszer a molekulapályák kísérleti energiáit méri , amelyek összevethetők az 1960-as években nagymértékben kifejlesztett kvantumkémiai elméleti értékekkel is. a vegyérték régióban. Ezenkívül a nagy felbontás lehetővé teszi a finom szerkezet megfigyelését a molekuláris ion rezgésszintjei miatt , ami megkönnyíti a csúcsok hozzárendelését kötő, nem kötő vagy anti-kötő molekuláris pályákhoz.

A módszert ezután szilárd felületek vizsgálatára alkalmazzák, amelyekhez általában a "fotoemissziós spektroszkópia" kifejezést használják. Ez különösen érzékeny a felületi régióban, egészen a maximális mélység, ahonnan elektronok lehet kibocsátott, amely a sorrendben 0,1 és 1  nm . Ezután az adszorbeált fajok és a felszínhez való kötődésük, valamint a felszínen való orientációjuk tanulmányozására szolgál.

Az UV fotoelektron-spektrometria a közelmúltban reneszánszát élte át, mivel a szinkrotronok egyre nagyobb rendelkezésre állása fényforrásként széles monoterápiás tartományban képes monokromatikus fotonokat leadni .

Az UV fotoelektronikai spektroszkópia tekintetében a gázfázisban jelenleg nagyon kevés berendezés létezik a világon, és csak 3 Franciaországban. Pau-ban fejlesztették ki Dr. Jean-Marc Sotiropoulos (CNRS kutatási igazgató, Pau, IPREM) csoportjában.

Megjegyzések

  1. (in) Az ionizációs potenciál meghatározása Photoelectron Energy Measurement Turner DW és Al-Jobory ML, J. Chem. Phys., 1962, 37, 3007.
  2. (a) Carlson TA, "fotoelektron spektroszkópiával és Auger" (Plenum Press, 1975)
  3. (a) Rabalais JW "Principles of Ultraibolya fotoelektron spektroszkópiával" (Wiley 1977)
  4. (a) Turner DW Molecular fotoelektron spektroszkópiával (Wiley, 1970)
  5. (in) Baker AD és Betteridge D. "fotoelektron-spektroszkópia. Kémiai és Analitikai szempontból." (Pergamon Press 1972) o.ix
  6. Peter W. Atkins és Julio de Paula "Fizikai kémia" ( 3 e.  Francia kiadás, de Boeck), 912. o.
  7. mdomingo # felhasználók , "  Jean-Marc Sotiropoulos  " , az iprem.univ-pau.fr oldalon ,2020. szeptember 10(elérhető : 2021. május 2. )