Φασµατοσκοπία Φωτοηλεκτρονίων

Transcript

1 Φασµατοσκοπία Φωτοηλεκτρονίων Όταν ένα άτοµο ή µόριο απορροφήσει ένα ή και περισσότερα φωτόνια µε ενέργεια µεγαλύτερη από την ενέργεια ιονισµού, τότε το µόριο ή το άτοµο αποβάλλει ηλεκτρόνια. Η ανάλυση της κινητικής ενέργειας αυτών των ηλεκτρονίων ονοµάζεται φασµατοσκοπία φωτοηλεκτρονίων (photolctron). KE = hν E. I. E(, v, J ) AB + AB KE : Κινητική ενέργεια φωτοηλεκτρονίων Ε.Ι. : Ενέργεια Ιονισµού Ε(,v,J): Εσωτερική ενέργεια του παραγόµενου ιόντος Όταν η ένωση που απορροφά το φωτόνιο είναι ανιόν, τότε µιλάµε για φασµατοσκοπία AB φωτοαποκόλλησης (photodtachmnt), ενώ οι κανόνες που την διέπουν είναι σχεδόν ίδιοι µε αυτήν της φασµατοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων. AB 1

2 Ηλεκτρονικές ζώνες σε ένα φάσµα, αποτελούν οι κορυφές που αντιστοιχούν σε µεταπτώσεις στην ίδια ηλεκτρονική κατάστάση του κατιόντος. Η ένταση της κάθε ηλεκτρονικής ζώνης είναι ανάλογη της ισχύς της διπολικής ροπής της κάθε µετάπτωσης. AB + AB Οι ηλεκτρονικές ζώνες που αντιστοιχούν σε αποβολή ενός ηλεκτρονίου σθένους του µορίου είναι οι πλέον έντονες. Π.χ. σ π σ ππ* είναι πιο πιθανή από την σ π σππ* Η κατανοµή της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων για κάθε ηλεκτρονική ζώνη είναι ανάλογη των παραγόντων Franck-Condon.

3 Ανάλυση Ενέργειας Φωτοηλεκτρονίων 1. Χρόνος Πτήσης (Tim of Flight) Πειραµατική διαδικασία κατά την οποία καταγράφουµε τον χρόνο t που κάνει ένα φωτοηλεκτρόνιο να φτάσει στον ανιχνευτή που βρίσκεται σε απόσταση L από το σηµείο ιονισµού 1 m L m Ανιχνευτής E = m v t L = = t E L Όταν m ατοµικές µονάδες E V L cm m t = 1,0L ( µ s) E Π.χ. Πόσος χρόνος απαιτείται για ένα ηλεκτρόνιο σε 500mV ενέργεια για να διανύσει 1 m ; L = 100cm 4 4 5,5x10 m = 5,5x10 amu t = 1,0(100) ( µ s) t =,4 µ s (0,5) E = 0,5V

4 Έτσι καταγράφουµε την κατανοµή σε χρόνο P(t) την οποία µετατρέπουµε σε κατανοµή ενέργειας µε την σχέση P(t)dt E = = 1,0 0,8 P m ( E) t L de P(t) de dt P( t) = ml = de P( E) dt t 0, P( t) m = P( E) t L P( E) t = P( t) m L Παρατηρούµε ότι όταν t τότε Ε Ενταση 0,6 0,4 Ενταση 0, Ρ(E) 0, Χρόνος Πτήσης (TOF) 0,0 0,0 0,1 0, 0, Ενέργεια Πλεονεκτήµατα TOF 1. Λαµβάνουµε ολόκληρο το φάσµα ταυτόχρονα Μειονεκτήµατα TOF 1. Σχετικά µικρή στερεά γωνία, δηλ. Ανιχνεύει µόνο ένα µικρό ποσοστό των φωτοηλεκτρονίων (10 4 stradians). Μέτρια διακριτική ικανότητα (από 1 έως 10% της Ε). υσκολεύεται να ανιχνεύσει ηλεκτρόνια µε µικρή κινητική ενέργεια 4

5 . Αναλυτές Ενέργειας Οι αναλυτές αυτοί βασίζονται στην ιδιότητα ότι µόνο φωτοηλεκτρόνια µε συγκεκριµένη ενέργεια ανιχνεύονται. V E 1 E E E V 1 ανιχνευτής Π.χ. Τ ηλεκτρόνια περνούν από ένα σύστηµα ηλεκτροδίων που δηµιουργούν κάποιο ηλεκτροµαγνητικό πεδίο και το οποίο επιτρέπει µόνο σε συγκεκριµένη ενέργεια ηλεκτρονίων να φτάνει στον ανιχνευτή. Μεταβάλλοντας το ηλεκτροµαγνητικό πεδίο, σαρώνουµε όλες τις ενέργειες της δέσµης των φωτοηλεκτρονίων. Πλεονεκτήµατα 1. Μεγάλη Στερεά γωνία ανίχνευσης (µέχρι και 4π ) Μειονεκτήµατα 1. Χαµηλή διακριτική ικανότητα (από 10 έως 0% της Ε). Πολύπλοκη διάταξη διότι εµπλέκονται ηλεκτροµαγνητικά πεδία 5

6 . ZΕro Kintic Enrgy (ZEKE) 1. Η πηγή φωτός είναι µεταβλητού µήκους κύµατος. Γίνεται η απορρόφηση φωτονίου και δηµιουργούνται τα φωτοηλεκτρόνια. Εισάγουµε µια χρονική καθυστέρηση έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια µε ενέργεια µεγαλύτερες της µηδενικής τα αποµακρυνθούν από το σηµείο δηµιουργίας 4. Εφαρµόζουµε ένα ηλεκτρικό πεδίο και εξάγουµε τα ηλεκτρόνια µε µηδέν κινητική ενέργεια. 5. Μεταβάλουµε το µήκος κύµατος και επαναλαµβάνουµε την διαδικασία καταγράφοντας έτσι το αριθµός ηλεκτρονίων σαν συνάρτηση του µήκους κύµατος AB + AB 0 -V Χρονική Καθυστέρηση ανιχνευτής 6

7 Πλεονεκτήµατα ZEKE 1. Μεγάλη Στερεά γωνία ανίχνευσης (4π). Την υψηλότερη διακριτική ικανότητα που ουσιαστικά περιορίζεται από το φασµατοσκοπικό εύρος του lasr Μειονεκτήµατα ZEKE 1. Ευαισθησία σε ασθενή ηλεκτροµαγνητικά πεδία και περιορίζεται από την φύση του τροχιακού από το οποίο αποβάλλεται το ηλεκτρόνιο 7