Сущность метода

Введение.

Если рентгеновские виды спектроскопии были известны и стали применяться еще в первой половине ХХ века, то новые методы анализа и исследования веществ, которые можно условно объединить под общим названием ФЭС, начали разрабатываться в 50-х и 60-х годах прошлого века. Их применение в химии началось в конце 60-х, а соответствующие серийные приборы появились лишь в 70-х годах и постоянно совершенствуются.

Сюда попадают методы, основанные на явлении фотоэффекта, получаемого при облучении вещества монохроматическим электромагнитным излучением (вакуумный УФ и рентгеновские лучи), когда выбиваются первичные электроны, в результате чего появился собственно метод фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС), использующий УФ-излучение, и метод рентгеновской спектроскопии (РЭС, его называют еще ЭСХА, т.е. электронная спектроскопия для химического анализа), использующий рентгеновское излучение.

Кроме того, имеют место процессы, когда место выбитого электрона занимает электрон с более высокой орбитали, а выделяющаяся при том энергия выбывает вторичный электрон (оже-электрон). Это явление дает начало методу оже-электронной спектроскопии (ОЭС). Для возбуждения эмиссии электронов (выбивания первичных электронов) может использоваться электронный пучек, тогда речь идет о методе индуцированной электронной эмиссионной спектроскопии (ИЭЭС).

Этот метод перспективный. Он основан на измерении энергетического спектра электронов, выбитых из вещества при бомбардировке его потоком моноэнергетических квантов излучения или частиц. Электроны атомов и молекул находятся на орбиталях (атомных или молекулярных) с определенными энергиями. ФЭС позволяет измерить энергии связей электронов Е_СВ или, как раньше называли, потенциалы ионизации ПИ (что не совсем одно и то же, поскольку Е_СВ = е×ПИ, где е – единичный заряд електрона) на всех имеющихся в молекуле орбиталях, причем, Е_СВ – минимальная энергия, необходимая для удаления электрона с соответствующего уровня на бесконечность, т.е. на расстояние, при котором он с образовавшимся катионом не взаимодействует.

Моноэнергетический поток ионизирующего излучения или частиц с энергией U направляется на образец. Электрон может быть выбит из любой оболочки, Е_nl которой меньше энергии облучения (n и l – соответственно главное и побочное квантовые числа для орбиталей, которые занимают электроны). Каждый выброшенный электрон обладает кинетической энергией Е_кин, в первом приближении равной разности Е_кин = U – Е_nl, при этом очень незначительной работой выхода электрона с твердой поверхности вещества или энергией отдачи для газа или пренебрегают, или учитывают. Если ионизация осуществляется излучением с частотой n, тогда Е_кин = hn - Е_nl. Поскольку ионизирующее излучение взаимодействует со множеством идентичных молекул, электроны могут быть выбиты сразу со всех доступных оболочек, для которых U ³ Е_nl, Таким образом, образуются группы электронов с различной энергией, число электронов в каждой группе определяется счетчиком электронов, в результате получается спектр вида:

ФЭС является первым экспериментальным методом, позволяющим получить для любого атома или молекулы полный набор Е_nl всех электронов, находящихся на любой орбитали, начиная от валентных и кончая внутренней К-оболочкой. Поскольку Е_nl являются характеристическими свойствами молекул и атомов, то ФЭС дает возможность идентифицировать соединения, проводить качественный анализ и получать значения всех энергетических уровней в молекуле. Т.е. этот метод позволяет изучать электронную структуру

вещества и решать практически все вопросы теоретической химии экспериментальным путем. Поэтому ФЭС по праву может быть названа «экспериментальной квантовой химией».

Дата добавления: 2014-01-05