röntgenfotoelektronspektri

Röntgenfotoelektronspektri (XPS) on pinnale keskendunud analüüsimeetod, mis kasutab röntgenikiirt ning mõõdab materjali pinnalt eralduvate elektronide kineetilist energiat. Selle abil saab kindlaks teha elementide olemasolu, nende keemilised seisundid ning pindapõhise koostise.

Põhiolek: röntgenikiirgus ioniseerib aatomeid ja vabastab elektronid. Mõõdetakse elektronide kineetiline energia E_k, ning sidumisenergia BE arvutatakse valemiga BE = hν − E_k − φ, kus hν on fotoni energia ja φ spektromeetri tööfunktsioon. XPS on väga pinnaline, ulatudes tavaliselt sügavuspiirini umbes 1–10 nm. Enamasti kasutatakse monokromaatset Al Kα kiirt (hν ~ 1486,6 eV) või Mg Kα kiirt (hν ~ 1253,6 eV) ning hemisfäärilist või time-of-flight analüsaatorit. Vajalik on kõrge vaakum, ligikaudu 10⁻⁹–10⁻¹⁰ Pa.

Väljundiks on spektrid, kus iga elementi iseloomustab tipuline jõud; tavaliselt on nähtavad ka keemilised seosed (nt C 1s, O 1s, Si 2p, Fe 2p). Spektri dekonvolutsioon võimaldab eristada erinevaid oksüdatsiooni‑ või keemilisi vorme ning määrata elementide suhtelised kontsentratsioonid, kasutades sobivaid tundlikkusfaktorid.

Rakendused ja piirangud: XPS on laialdaselt kasutatav materjaliteaduses, katalüüsis, korrosiooni ja pinnauuringutes, pooljuhtide, kattekihide ning polümeeride pinnade karakteriseerimisel. See pakub nii kvantitatiivset koostist kui ka keemiliste seisundite infot. Piirangutena on vaja juhtivaid või vähese varustusega näiteid; isolatsioonikandmisel võib esineda laengukohan; laadimise kompenseerimine on sageli vajalik ning näidiste puhastamisel sputterdamine võib tekitada keemilisi muutusi.

Ajalugu: esialgu arendas ESCA mittelahendatavates 1960ndatel Kai Siegbahn ja kolleegid Lundis; 1981 autasustati Siegbahni Nobeli preemiaga. Tänapäeval on XPS standardseks pinnakeemia ja materjalide karakteriseerimise vahendiks.