3.4. Спектроскопические методы Спектроскопия является одним из основных способов исследова-
ния наночастиц. Различные виды спектроскопии позволяют исследо-
вать состав, строение и реакционную способность наночастиц и нано-
структурированных материалов. Основным достоинством спектроско-
пии является отсутствие разрушающих воздействий на образец в про-
цессе измерения, а часто и отсутствие необходимости пробоподготов-
ки. Наиболее широко используются ИК и рамановская спектроскопия;
фотоэмиссия и рентгеновская спектроскопия; спектроскопия магнит-
ного резонанса на различных ядрах.
3.4.1. Электронная спектроскопия Электронная
спектроскопия является очень чувствительным и
удобным методом для определения спектров поглощения
, пропускания
или отражения, изучения кинетики реакции, сопровождающейся спек-
тральными изменениями.
Методы электронной спектроскопии основаны на регистрации
электронов. Рентгеновская спектроскопия изучает электронные пере-
30
ходы с участием основных энергетических уровней. При взаимодейст-
вии рентгеновского излучения с атомами возможны такие процессы,
как фотоионизация, флуоросценция, Оже-процесс.
3.4.1.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) основа-
на на регистрации кинетической энергии остовных электронов, обра-
зующихся при поглощении атомами рентгеновского излучения с из-
вестной длиной волны. В основе метода лежит уравнение фотоэффекта:
Е кин = hν – E – φ,
где Е кин – кинетическая энергия фотоэлектронов, hν – энергия рентге-
новского кванта, поглощаемого образцом, E – энергия электронного
уровня, φ – работа выхода электрона.
Устройство рентгеновского фотоэлектронного спектрометра пред-
ставлено на рис. 3.11.
Рис. 3.11. Схема рентгеновского фотоэлектронного спектрометра
Обычно данные РФЭС представляют в виде зависимости интен-
сивности фотоэлектронного пучка от энергии связи электрона. Ис-
пользование РФЭС позволяет обнаруживать большинство элементов –
от лития до урана (предел обнаружения ~ 0.1 ат. %) и определять их
концентрацию в образце (точность ±5 %). Возможны также определение
состояния элемента по химическим сдвигам в спектре и оценка соотно-
шения атомов элемента, находящихся в различных степенях окисления.
Существенное ограничение метода РФЭС – малая длина пробега
электрона в материале, что позволяет исследовать только приповерх-
ностный слой образца.
Возможность определения соотношения атомов в различных сте-
пенях окисления делает этот метод уникальным для исследования тон-
31
ких пленок, гетеро- и наноструктур (двумерные массивы наночастиц,
квантовые точки, квантовые нити и т.д.), а также процессов, происхо-
дящих на поверхности материалов (сорбция, окисление, гетерогенный
катализ).