Sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X

Techneg sbectrosgopeg arwynebedd meintiol yw sbectroscopeg ffotoelectron pelydr X (XPS - Saesneg: X-ray Photoelectron Spectroscopy) sy'n seiliedig ar yr effaith ffotodrydanol. Gall cael ei ddefnyddio i adnabod elfennau sy'n bodoli o fewn deunydd (cyfansoddiad elfennol) neu sy'n gorchuddio'r arwyneb, yn ogystal â'u cyflwr cemegol, strwythur electronig cyffredinol a dwysedd y cyflyrau electronig yn y deunydd. Mae XPS yn dechneg fesur bwerus oherwydd yn ogystal â dangos pa elfennau sy'n bresennol, mae hefyd yn dangos pa elfennau eraill y maent wedi'u bondio iddynt, gan gynorthwyo gyda deall strwythr cyfansoddion. Gellir defnyddio'r dechneg i broffilio cyfansoddiad elfennol arwyneb, neu broffilio manwl perfeddion deunydd pan fydd wedi ei baru ag ysgythru pelydr ïon. Fe'i cymhwysir yn aml i astudio prosesau cemegol mewn deunydd pan fydd yn profi gwres, nwyon neu doddiannau adweithiol, golau uwchfioled, neu yn ystod mewnblaniad ïon.

Perthyn XPS i deulu sbectroscopeg ffoto-allyrrol ble ceir sbectra poblogaeth electronau trwy arbelydru deunydd â phelydr o belydrau X. Caiff cyflyrau cemegol eu casglu o fesur yr egni cinetig a'r nifer o electronau sy'n cael eu taflu allan. Rhaid XPS yw amodau gwactod uchel (gwasgedd nwy gweddilliol p ~ 10⁻⁶ Pa) neu wactod tra-uchel (p < 10⁻⁷ Pa). Er hyn, mae ymchwil mae ymchwil ar sut i gynnal XPS gyda gwasgedd amgylchynol, gyda gwasgedd aer o ddegau o filibar (p ~ 10³ Pa).

Defnyddir XPS yn rheolaidd i ddadansoddi amrediad eang o ddeunyddiau megis cyfansoddion anorganig, aloion metel, lled-ddargludyddion, polymerau, elfennau, catalyddion, gwydrau, cerameg, paent, papurau, inciau, coed, rhannau planhigion, colur, dannedd, esgyrn, mewnblaniadau meddygol, bio-ddeunyddiau, haenau, olewau gludiog, glud, deunyddiau wedi'u haddasu ag ïon a llawer o rai eraill.

Hanes

Ym 1887, darganfu Heinrich Rudolf Hertz yr effaith ffotodrydanol nad oedd yn gallu ei egluro, ond fe'i esboniwyd yn ddiweddarach yn 1905 gan Albert Einstein (testun Gwobr Nobel mewn Ffiseg 1921). Dwy flynedd yn ddiweddarach 1907, arbrofodd P. D. Innes gyda thiwb Röntgen, coiliau Helmholtz, hemisffer maes magnetig (dadansoddwr egni cinetig electron), a phlatiau ffotograffig, i gofnodi bandiau eang o electronau a allyrrir fel ffwythiant cyflymder. Yn fras, hwn oedd cofnodi'r sbectrwm XPS cyntaf. Cynhaliodd ymchwilwyr eraill, gan gynnwys Henry Moseley, Rawlinson a Robinson, arbrofion amrywiol yn annibynnol i roi trefn ar y manylion yn y bandiau eang. Wedi'r Ail Ryfel Byd, datblygodd Kai Siegbahn a'i grŵp ymchwil yn Uppsala nifer o welliannau sylweddol yn y cyfarpar, ac yn 1954 cofnodwyd y sbectrwm XPS cyntaf o sodiwm clorid hollt (NaCl), gyda cydraniad egni-uchel, gan ddatgelu potensial XPS. Ychydig o flynyddoedd yn ddiweddarach ym 1967, cyhoeddodd Siegbahn astudiaeth gynhwysfawr o XPS, gan ddod â chydnabyddiaeth chwim i ddefnyddioldeb XPS. Cyfeiriodd ato fel Sbectrosgopeg Electron i Ddadansoddiad Cemegol (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis - ESCA). Mewn cydweithrediad â Siegbahn, cynhyrchodd grŵp bach o beirianwyr (Mike Kelly, Charles Bryson, Lavier Faye, Robert Chaney) yn Hewlett-Packard yn yr Unol Daleithiau yr offeryn XPS monocromatig masnachol cyntaf yn 1969. Derbyniodd Siegbahn y Wobr Nobel mewn Ffiseg ym 1981, i gydnabod ei ymdrechion helaeth i ddatblygu XPS fel cyfarpar dadansoddol defnyddiol. Ochr yn ochr â gwaith Siegbahn, datblygodd David Turner yn Imperial College London (ac yn ddiweddarach ym Mhrifysgol Rhydychen) sbectrosgopeg ffotoelectron uwchfioled (Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy - UPS) ar gyfer rhywogaethau moleciwlaidd gan ddefnyddio lampau heliwm.