Slajd 1

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

Co to????

Promieniowanie wzbudzające

X (XPS) UV(UPS)

Podstawowe zjawiska fizyczne

Promieniowanie X powoduje wybicie

elektronów z powłok elektronowych;

na podstawie energii wzbudzonych

fotoelektronów analizujemy energię

wiązania elektronów w atomie (binding

energy BE)

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

Spektroskopia fotoelektronów

– analiza elektronów wybitych z materiału

próbki pod wpływem jej naświetlania promieniowaniem miękkim X;

Energia kinetyczna fotoelektronów

– identyfikacja pierwiastków (XPS);

określenie energetycznego zakresu pasm (UPS);

Natężenie fotoelektronów

– koncentracja pierwiastków, analiza udziału

różnych wiązań (XPS); określenie zapełnienia i struktury pasm (UPS)

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

5. Działo niskoenergetyczne e

(przeciwdziałanie

elektrostatycznemu ładowaniu próbek izolujących);

6. Działo jonów (aby wyczyścić powierzchnię próbki, umożliwić

analizę składu chemicznego w funkcji głębokości;

1. Źródło
promieniowania:

XPS – lampa
rentgenowska;

UPS – lampa helowa,
neonowa, wodorowa;

2. Analizator energii;

3. Detektor /
powielacz e

;

4. Układ wysokiej
próżni (uniknięcie
rozproszeń
fotoelektronów

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

Po co to??????



Wykrywanie wszystkich pierwiastków

(analiza jakościowa i ilościowa) z

wyjątkiem He i H przy czułości

detekcji pierwiastków od 0,01% do

0,5%



Analiza stanu chemicznego

pierwiastka (wartościowość,

wiązanie, koordynacja) – otoczenie

wpływa na energię wiązania

fotoelektronów

(przesunięcie

chemiczne

)

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

Po co to??????



Idealne warunki do badania

powierzchni – informacje dotyczą

warstwy powierzchniowej: 0,5

nm< d > 7,5 nm



Przy odsłanianiu kolejnych

powierzchni możliwa

analiza

składu chemicznego w funkcji

głębokości

(profile koncentracji)

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

analiza stanu chemicznego pierwiastka

Przesunięcie chemiczne substancji nieorganicznych

Ten sam atom w różnym otoczeniu chemicznym ma

zmienione widmo XPS ze zmienioną E

= E

- E

Usuwanie
warstwy SiO

podłoża Si

Profil
głębokościowy
SiO

na podłożu

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

Jak to badać ??????



Spektroskopia elektronowa

(fotoelektronów) –

analiza energii

elektronów wybitych z powłok

elektronowych przez promieniowanie



Rentgenowska spektroskopia

absorpcyjna –

analiza widmowa

promieniowania rentgenowskiego po

przejściu przez próbkę;

SPEKTROSKOPIA

FOTOELEKTRONÓW ESCA/XPS

Jak to badać ??????



Rentgenowska spektroskopia

emisyjna (fluorescencyjna) –

analiza

widma powstającego w wyniku emisji

kwantu promieniowania X powstającego

przy przeskoku elektronu z wyższej powłoki

na puste miejsce;



Spektroskopia elektronów Augera –

analiza widma powstającego w wyniku

emisji wtórnego elektronu

(wybicie przez

kwant X elektronu z powłoki K lub L,

przeskok elektronu na puste miejsce, emisja

wtórnego kwantu h



, wybicie przez kwant



wtórnego elektronu)

SPEKTROSKOPIA

MAGNETYCZNEGO REZONANSU

JĄDROWEGO NMR

Promieniowanie wzbudzające

radiowe lub mikrofalowe (największe

długości fali, najmniejsze częstotliwości

Zjawiska fizyczne

jądro atomowe posiada pewien spin jądrowy

(wektor momentu pędu); jeśli spin jest

niezerowy, jądro ma moment magnetyczny





•



- moment magnetyczny;



- współczynnik proporcjonalności

s - spin

SPEKTROSKOPIA

MAGNETYCZNEGO REZONANSU

JĄDROWEGO NMR

Jądrowy dipol magnetyczny umieszczony w polu

magnetycznym

może

przyjmować

ściśle

magnetycznym

może

przyjmować

ściśle

określone położenia (skwantowane poziomy

energetyczne):

Przejścia pomiędzy tymi poziomami zachodzą

pod wpływem fal radiowych i są

charakterystyczne dla danego atomu, oraz dla

jego oddziaływań z najbliższym otoczeniem

(rodzaj sąsiadujących jonów, charakter wiązania

chemicznego)!!





– magnetyczna liczba

kwantowa

SPEKTROSKOPIA

MAGNETYCZNEGO REZONANSU

JĄDROWEGO NMR

Zastosowanie badań NMR w ceramice:



badanie otoczenia

Si (np. reakcje

zachodzące podczas żelowania i

transformacji żeli w metodzie zol-żel);



wyznaczanie koordynacji

B w boranach i

szkłach oraz koordynacji

Al w szkłach;



informacje o połączeniach pierwiastków

-20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180

PGT_400

PGT_100

TPh_400

TPh_100

Si MAS-NMR

rot

= 4 kHz

ppm from TMS

-20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180

400

TPh

Si MAS-NMR

rot

= 4 kHz

ppm from TMS

100

SPEKTROSKOPIA

MAGNETYCZNEGO REZONANSU

JĄDROWEGO NMR

Przykładowe widma NMR

200

150

100

-50

-100

[AlO

]

[AlO

]

Al NMR

rot

= 8 kHz

PGT_100

PGT_400

ppm from Al(NO

)

Si MAS NMR

Al NMR

SPEKTROSKOPIA

ELEKTRONOWEGO REZONANSU

PARAMAGNETYCZNEGO EPR

Zjawisko występuje tylko w

substancjach paramagnetycznych,

tzn. takich, które posiadają

niesparowane elektrony

Przykłady centrów paramagnetycznych

rodniki
jony metali przejściowych i ziem rzadkich
defekty sieci krystalicznej
rozerwane wiązania

SPEKTROSKOPIA

ELEKTRONOWEGO REZONANSU

PARAMAGNETYCZNEGO EPR

Zasada pomiaru:

substancje paramagnetyczną umieszcza się w polu

magnetycznym i poddaje działaniu mikrofalowych

częstości promieniowania elektromagnetycznego:

wstęga x o częstości 9,4GHz i długości fali 3,2 cm

- wstęga k „ 24GHz „ 1,25 cm

- wstęga Q „ 35GHz „ 0,85 cm

Następuje absorpcja promieniowania o częstości

rezonansowej, odpowiadającej różnicy energii

pomiędzy

stanami,

odpowiadającymi

różnej

pomiędzy

stanami,

odpowiadającymi

różnej

orientacji niesparowanych elektronów względem

zewnętrznego pola (energia przejścia zależy od

rodzaju

jonu

paramagnetycznego,

jego

rodzaju

jonu

paramagnetycznego,

jego

wartościowości i jego otoczenia);

ZASTOSOWANIE

SPEKTROSKOPII EPR



Wykorzystanie jonów paramagnetycznych

[Mn(II), Fe(III), Cr(III) i inn.] jako próbników

strukturalnych, dostarczających informacji

o ich najbliższym otoczeniu w danej

strukturze krystalicznej lub amorficznej;



Badanie punktowych defektów sieciowych:



centra barwne (np. w kwarcu czy w szkle

kwarcowym);



domieszki donorowo-akceptorowe (N w

diamencie)



badanie mechanizmów reakcji chemicznych

Document Outline