Фотоэлектронная спектроскопия

Источники излучения. Первым двум требованиям из перечисленных выше удовлетворяет излучение разряда в гелиевой проточной лампе при давлении около 1 мм рт.ст. Резонансная линия (переход 1s ← 2р) отвечает энергии фотона 21,22 эВ ( λ= 584Α⁰), что достаточно для ионизации от 60 до 80% валентных уровней. Линия перехода 1s ← 3р приблизительно в 20 раз слабее и анализу ФЭ-спектров не мешает. С увеличением плотности тока в разряде появляется резонансная линия ионов Не⁺ (hν = 40,8 эВ) с интенсивностью, достаточной для наблюдения ФЭ-спектров.

Для изучения остовных уровней наиболее удобным оказалось характеристическое изучение рентгеновских трубок с алюминиевым или магниевым анодом. Энергия AlK_α- и MgK_α- линий 1486,6 и 1253,6 эВ соответственно достаточна для изучения фотоэмиссии всех элементов. Полуширина дублетных линий 0,7 эВ (Mg) и 0,85 эВ (Аl) при разрешающей силе энергоанализаторов Е / ΔE = 10⁴ позволяет получать спектры фотоэлектронов 1s-уровней элементов С, N, O, F с разрешением 1,0-1,2 эВ.

В последние два десятилетия  интервал энергии фотонов от 40 до      1200 эВ заполнили источники синхротронного излучения. Электроны, движущиеся по круговой траектории с релятивистскими скоростями, излучают непрерывный спектр в очень узком конусе, направленном по касательной к электронной орбите. Для выделения нужной энергии фотонов используют монохроматоры. Источники синхротронного излучения расширили возможности метода ФЭС, поскольку появилась возможность:      1) исследовать для одного образца с высоким разрешением как валентные, так и внутренние уровни;  

2) исследовать зависимость  сечений ионизации уровней от энергии фотонов;

3) исследовать угловую  зависимость выхода электронов  по линейной поляризации излучения.

Ионизационная кювета изготовляется так, чтобы обеспечить оптимальное давление исследуемого пара в кювете (10^-1 - 10^{- 2} мм рт.ст.) при давлении в области анализатора электронов 10^{- 6} мм рт.ст. и давлении гелия   в источнике излучения 1 мм рт.ст. Необходимые перепады давления достигаются использованием длинного тонкого капилляра для ввода излучения в кювету и тонкой щели для вывода фотоэлектронов.

Энергоанализатор электронов - центральная часть любого электронного спектрометра. В первых экспериментальных установках, созданных авторами работ [6, 7], были использованы светосильные и простые в изготовлении цилиндрические коаксиальные анализаторы с задерживающим электростатическим полем. Но разрешающая сила таких анализаторов сравнительно низкая (Е / ΔE < 200). В большинстве современных серийных спектрометров высокая разрешающая сила энергоанализаторов (Е / DE ~ 10⁴-10⁵) достигается пропусканием электронов через диспергирующее электростатическое поле, в котором отклонение является функцией энергии электрона. В приведенной на рис. 5 схеме отечественного анализатора отклоняющее поле создается между двумя концентрическими полусферами. Для записи всего спектра ступенчато изменяется потенциал между обкладками конденсатора либо между выходной щелью ионизационной кюветы и входной щелью анализатора.

Детекторами электронов в современных спектрометрах с отклоняющими электростатическими анализаторами служат открытые вторичные электронные умножители, изготовленные из стеклянной трубки в виде спирали. Обработка по специальной технологии внутренней поверхности трубки (канала) позволяет достигать коэффициент усиления 10⁷. Для сокращения времени записи спектров в последнее десятилетие вместо одноканального умножителя в некоторых спектрометрах применяют многоканальные умножители. В таких спектрометрах одновременно записывается участок спектра.

Вакуумная система спектрометров, включающая диффузионные и форвакуумные насосы, обеспечивает в области анализатора электронов остаточное давление 10^{- 6} мм рт.ст., при котором средняя длина свободного пробега электронов много больше размеров спектрометра.

Система управления и первичной обработки информации электронного спектрометра (СУОИ) содержит одну или две мини-ЭВМ. СУОИ выполняет функции управления блоками и системами прибора в процессе накопления спектра в необходимых участках кинетической энергии фотоэлектронов и с заданным режимом, а также функции отображения спектра на мониторе ЭВМ и его первичной обработки.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на ограничения, обусловленные нарушением одноэлектронного приближения при фотоионизации глубоких валентных уровней, метод ФЭС на сегодняшний день занимает ведущее место среди методов изучения электронной структуры атомов, молекул и твердых тел.

За последние три десятилетия  методом УФЭС изучено в газовой  фазе около 5000 атомов, молекул и комплексов. Орбитальные энергии ионизации, интенсивности и тонкая структура полос позволили исследовать такие важные вопросы теории электронных оболочек молекул, как эффективность взаимодействия фрагментов молекул, электронные эффекты замещений, в том числе роль индуктивного и мезомерного эффектов, орбитальную природу ковалентных донорно-акцепторных связей и др. Основные результаты исследований методом ФЭС электронной структуры простых молекул элементоорганических, органических и комплексов рассмотрены в монографиях [3, 4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии: Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высш. шк., 1987.

2. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии: Резонансные и электрооптические методы. М.: Высш. шк., 1989.

3. Нефедов В.И., Вовна В.И. Электронная структура химических соединений. М.: Наука, 1987.

4. Вовна В.И. Электронная структура органических соединений по данным фотоэлектронной спектроскопии. М.: Наука, 1991.

5. Мазалов Л.Н. Рентгеновские  спектры и химическая связь.  Новосибирск: Наука, 1982.

6. Вилесов Ф.И., Курбатов Б.Л., Теренин А.Н. // Докл. АН СССР. 1961. Т. 138, № 6. C. 132.