Técnica


Espectro
La espectroscopía fotoelectrónica de rayos X es actualmente la técnica analítica de superficie más ampliamente usada. Cuando la estudiaron Siegbahn y col., se le denominó ESCA (espectroscopía electrónica para análisis químico), pero actualmente el nombre ESCA se considera demasiado general ya que hay muchas espectroscopías electrónicas de superficie. Sin embargo, el acrónimo ESCA se usa todavía, particularmente en los laboratorios de la industria, y en publicaciones. Las razones de la gran popularidad del XPS proceden de la combinación excepcional de información composicional y química, su fácil manejo, y la disponibilidad de equipos comerciales.

Principios
La superficie a analizar se irradia con fotones de rayos X blandos. Cuando un fotón de energía hv interacciona con un electrón en un nivel con una energía de ligadura EB, la energía del fotón se transfiere completamente al electrón, con el resultado de la emisión de un fotoelectrón con una energía cinética

EKin = – EB - eφ (1)

donde e es la función de trabajo del aparato, que es pequeña y casi constante.

Niveles de energía
Obviamente debe ser mayor que EB. El electrón emitido puede proceder de un nivel interno, o de una parte ocupada de la banda de valencia, pero en XPS la mayor atención se centra en los electrones de los niveles internos. Como no existen dos elementos que compartan el mismo conjunto de energías de ligadura electrónica, la medida de las energías cinéticas suministra un análisis elemental. En adición, la ecuación (1) indica que cualquier cambio en las EBs se reflejará en las EKin, lo que significa que cambios en el ambiente químico de un átomo pueden seguirse estudiando los cambios de las energías fotoelectrónicas, proveyendo información química. El XPS puede analizar todos los elementos de la tabla periódica con excepción del hidrógeno y del helio.

Aunque el XPS se relaciona principalmente con fotoelectrones y sus energías cinéticas, la salida de electrones por otros procesos también sucede. Un fotoelectrón emitido deja detrás de sí un hueco interno en el átomo. La secuencia de hechos que siguen a la creación del hueco interno se muestra esquemáticamente en lafigura. En el ejemplo, el hueco se ha creado en la capa K, dando lugar a un fotoelectrón cuya energía cinética debe ser (hν-EK), y este hueco se ocupa mediante una transición electrónica desde la capa L2. La energía EK-EL2 asociada con la transición puede disiparse bien en forma de un fotón de rayos X característico o perdiendo un electrón de una tercera capa, que en el ejemplo es L3.

La segunda de las posibilidades se denomina proceso Auger en honor de su descubridor. El electrón emitido resultante se le denomina electrón Auger y su energía viene dada por

EKL2L3 = EK – EL2 – E*L3 (2)

Detalle equipo XPS
E*L3 está con un asterisco porque es la energía de ligadura del electrón en la capa L3 en presencia de un hueco en la capa L2, que no es lo mismo que EL3.

La emisión de fotones de rayos X (la fluorescencia de rayos X) y la emisión de un electrón Auger son procesos que compiten entre sí, pero debido a la superficialidad de los niveles internos involucrados en los procesos XPS y Auger se favorece el proceso Auger.

Así en todos los espectros fotoelectrónicos de rayos X aparecen a la vez fotoemisiones y emisiones Auger. En XPS, las señales Auger pueden ser útiles pero no son básicas para la técnica, mientras que en AES, la ecuación (2) es la base de la técnica.

Aplicaciones


Las áreas de conocimiento donde de la técnica XPS encuentra aplicación son muy variadas y pueden ciarse entre ellas:

  • Análisis químico de superficies.
  • Mapas químicos de composición de materiales.
  • Análisis de aceros y otras aleaciones.
  • Caracterización de láminas delgadas por ARXPS.
  • Realización de perfiles de profundidad por XPS-AES.
  • Caracterización de circuitos electrónicos.
  • Estudio de soldaduras.
  • Caracterización de polímeros.

Por otro lado se ha reralizado trabajos a entidades tanto nacionales como internacionales:

Más de 20 Grupos de investigación de la Universidad de Málaga, otros grupos de las Universidades españolas (Granada, Córdoba, Complutense de Madrid, Castilla La Mancha, Politécnica de Cartagena, Miguel Hernández, Santander, Santiago de Compostela) y varios Institutos de investigación del CSIC; y Universidades extranjeras (Montpellier (Francia), Autónoma de Puebla (México), La Plata (Argentina), la Habana (Cuba), Concepción (Chile), Federal de Ceará (Brasil), Universidad de la República (Uruguay), Bolonia (Italia), Venecia (Italia), Génova (Italia), etc , han hecho uso de las prestaciones del servicio.

Así mismo, presta servicio a empresas ubicadas en el entorno de la Universidad (EPCOS, Lucen Technology, Alcatel, INDYCCE, Chemical Invest, Isofoton, Vitelcom Mobile), nacionales (REPSOL-YPF), y extranjeras (ENI (Italia), IKO (Alemania), Viana (Grecia), Snamprogetti (Italia)).
Solicitud de análisis
Desde aquí puedes descargarte el impreso de solicitud de análisis (64 KB).

Equipamiento


Sistema ESCA 5701 de Physical Electronics (PHI) compuesto por:

  • Analizador/Detector de Energía Hemisférico (SCA): Modelo PHI 10-360 Precision Energy Analyzer/MultiChannel Detector (16 Canales).
  • Vista general del equipo
    Sistema de Ultra Alto Vacío, incluye Cámara de Análisis con bomba iónica de 220 l/s y sublimador de titanio; Precámara de introducción de muestras con bomba rotativa Balzers DUO-2.5 y bomba turbomolecular Balzers TPU-062 de 60 l/s.
  • Fuente de Rayos-X estándar con dos ánodos Mg y Al, modelo PHI 04-548.
  • Cañón de Iones Diferencial Modelo PHI 04-303A variable hasta 5keV y de raster hasta 10mm x 10mm, para la realización de perfiles de profundidad. Se emplea gas Argón.
  • Cañón de Electrones modelo PHI 10-110 con voltaje variable 0.5 a 5 keV y diámetro del beam < 10 micrómetros. Para hacer Espectroscopia de Electrones Auger.
  • Neutralizador de muestras modelo PHI 04-090.
  • Monitor de TV con microscopio y fuente de luz para aumentar y enfocar el punto de análisis.
  • Precámara para la preparación de muestras equipada con dos controladores de flujo, calentamiento de muestras y equipo de ultra alto vacío (rotativa Alcatel y turbomolecular Varian de 70 l/s) para la transferencia directa de la muestra a la cámara de análisis.

Personal Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X


Foto Valle
Dña. Mª Valle Martínez de Yuso García
Técnico responsable
phone_icon40px +34 952 13 2378
email_icon40px mvyuso@uma.es
Ubicación
Edificio SCAI, Planta 1, B1-03


Enrique Rodríguez
Dr. Enrique Rodríguez Castellón
Responsable científico
phone_icon40px +34 952 13 1873
email_icon40px castellon@uma.es
Ubicación Dpto. Química Inorgánica - Fac. Ciencias
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