XPS против XRF против эффекта Оже — рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) — ключевой и очень важный метод анализа поверхности. При этом измерении происходят ТРИ явления:

1. Эмиссия фотоэлектронов
2. Рентгеновская флуоресценция
3. Эффект Оже

Давайте подробно рассмотрим каждое из них.

1. Фотоэлектроны

Рентгеновские лучи известной энергии бомбардируют образец, и фотоэлектроны испускаются из ядра атома. Кинетическая энергия (КЭ) фотоэлектронов затем регистрируется детектором РФЭС. Используя следующее уравнение, можно рассчитать энергию связи (ЭС):

hv = BE + KE + ϕуд
BE = hv - KE - ϕуд

Где hv — энергия рентгеновских лучей (известное значение), КЭ, рассчитанная с помощью детектора РФЭС, а ϕуд — работа выхода спектрометра (постоянная величина). Таким образом, можно рассчитать электростатическую энергию элемента, которая является своего рода «отпечатком пальца» каждого элемента, присутствующего в образце. Электростатическая энергия может раскрыть множество важных характеристик элемента. Например, какой элемент присутствует, с чем связан атом или элемент, химическое окружение, степени окисления, были ли электроны удалены или добавлены к атому...

2. Рентгеновская флуоресценция (РФ)

В результате фотоэлектронной активности в оболочке ядра образуется вакансия. Атом находится в возбуждённом состоянии и должен релаксировать, просто падая на эту вакансию с более высоких орбитальных электронов. Рентгеновское излучение, возникающее в результате падения электронов на вакансию, называется рентгеновской флуоресценцией. Однако это явление не учитывается в РФЭС, и пики не появляются в спектре. Это объясняется двумя причинами: i) это явление слабое и ii) РФЭС регистрирует только электроны, а не рентгеновское излучение.

3. Оже-эффект

Аналогичным образом, когда вакансия ядра заполнена электронами с более высокой орбитали, из атома может вылететь дополнительный электрон, называемый оже-электроном. В спектре XPS наблюдаются пики, соответствующие этим оже-электронам. Например, вакансия ядра находится в K-оболочке, электрон с L-орбитали заполняет эту вакансию ядра, и ещё один электрон испускается с L-орбитали. Таким образом, переход обозначается как KLL, и это обозначение используется для представления оже-пика в спектре XPS.

XPS — рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия || Поверхность против ультратонкой плёнки против тонкой плёнки
   • XPS Explained: Surface vs Thin Film vs Ult...  

Почему в РФЭС (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии) видны только пики остовных электронов
   • Why XPS Only Detects Core Electrons (Expla...  

Почему p-орбитали, d-орбитали и f-орбитали имеют ДВА пика (дуплет) в спектрах РФЭС
   • XPS Doublet Peaks Explained: Why p, d, f O...  

Что такое энергия связи (ЭС) в рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС)?

   • What Is Binding Energy in XPS? Clear Expla...  

Почему РФЭС — метод, чувствительный к поверхности?
   • Why XPS Only Sees the Surface: The Real Re...  

Секрет уравнения "hv = BE+KE+Ø" для рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
   • The XPS Equation Explained: BE = hν – KE –...  

Важность обзорных спектров в РФЭС (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии)
   • XPS Survey Spectrum Explained: What It Rea...