IntroduccinFundamentos tericos de la tcnicaDescripcin de la aplicacin de la tcnicaEstudio de aplicacin a un material encontrado en bibliografaConclusionesBibliografa

INTRODUCCINEspectroscopia: rama de la ciencia que estudia los espectros de las radiaciones emitidas, absorbidas o difundidas por una sustancia. Segn la frmula de Planck:

RAYOS X Son radiaciones electromagnticas muy energticas y penetrantes, cuya longitud de onda () vara entre 10nm y 0,001nm Segn la magnitud de la de los rayos X existen:Rayos X duros: rayos de menor y mayor energa (prximos a la zona de rayos gamma del espectro electromagntico)Rayos X blandos: rayos de mayor y menor energa (cercanos a la banda ultravioleta) Tambin podemos diferenciar entre:Rayos X blancos: mezcla de muchas longitudes de onda diferentes Rayos X monocromticos: poseen una nica longitud de onda

APLICACIONES RAYOS X EN ANLISIS QUMICOProcesos en los que intervienen rayos XEspectroscopia de emisin de Rayos X (XES) Espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XFS)Difraccin de rayos XAbsorcin de rayos X Espectroscopia de Fotoemisin de rayos X (XPS o ESCA)Espectroscopia de emisin Auger (AES)

ESPECTROSCOPIA DE FOTOEMISIN DE RAYOS X (XPS) Tambin es conocida como espectroscopia electrnica para el anlisis qumico (ESCA) Est basada en el efecto fotoelctrico, de modo que el origen de la tcnica XPS se debe fundamentalmente a: Descubrimiento del efecto fotoelctrico: Hertz, 1887

Interpretacin cuntica del efecto fotoelctrico : Einstein, 1905

Experimentacin: Siegbahn, 1967

ESPECTROSCOPIA DE FOTOEMISIN DE RAYOS X (XPS)Excitacin mediante rayos XEmisin de fotoelectronesProporcionan informacin sobre la energa de cada nivel y, por tanto, sobre la naturaleza del tomo emisorConsiste bsicamente en:

ESPECTROSCOPIA DE FOTOEMISIN DE RAYOS X (XPS)La incidencia de rayos X (fotn de energa h) sobre la muestra, provoca por efecto fotoelctrico, la emisin de fotoelectrones con una energa de ligadura, EB:EB = h EK - Wsiendoh: energa de los fotones EK: energa cintica del fotoelectrn producidoW: funcin de trabajo del espectrmetro EB: energa de ligadura (parmetro que identifica al electrn de forma especfica, en trminos del elemento y nivel atmico).

PRODUCCIN DE RAYOS XExisten dos formas de producir radiacin XColisiones electrnicasFuente radiactiva

PRODUCCIN DE RAYOS X Se produce mediante un bombardeo de electrones

La transicin entre capas electrnicas genera radiacin X.

Se puede generar electrones Auger

PRODUCCIN DE RAYOS XExisten dos formas de producir radiacin XColisiones electrnicasFuente radiactiva

FUENTE RADIACTIVAPodemos seleccionar un istopo radiactivo que durante su desintegracin sea capaz de emitir rayos X

Mtodo menos utilizado que el anterior, puesto que no se puede controlar de forma tan precisa y adems la peligrosidad es elevada

El comportamiento est regido por las series de desintegracin radiactiva de cada istopo y podemos determinar la emisin en funcin del tiempo de vida media del mismo.

RAYOS XCon el fin de obtener una radiacin uniforme, utilizamos:Selector de longitud de onda

Selector de velocidades

Detectores

SELECTOR DE LONGITUD DE ONDAEl fundamento de este aparato est basado en la diferencia de energas (a mayor menor energa)

Se trata de un filtro que nicamente deja pasar la apropiada para la experiencia

Se utilizan monocromadores, un tipo de filtros en los que la dispersin de los rayos X no es por prisma o redes, se debe a un cristal

La seleccin de est dada por la siguiente expresin:sen()=n/(2d)

Donde n es el orden de reflexin y es el ngulo de incidencia, que debe encontrarse entre 10 y 110

SELECTOR DE VELOCIDADES Consiste en aplicar un campo magntico y elctrico perpendiculares entre s de forma que solo puedan pasar las partculas que cumplan la relacin:

V=E/B

DETECTORESExisten diferentes detectores de radiacin:

Detector de recuento de FotonesDetector de gasDetector de recuento de centelleo Una vez detectados los electrones, se procesan los resultados con ayuda de un programa informtico.

XPS O ESCASe trata de:

Mtodo de caracterizacin de superficies.Ampliamente utilizado.Suministra gran informacin cualitativa y semicuantitativa de la muestra.Se obtiene informacin de: enlaces qumicos y de elementos.

PROPIEDADES Identificacin de todos los elementos presentes (excepto H, He) en concentraciones mayores al 0.1%.

Determinacin semicuantitativa de la composicin elemental de la superficie (error < 10 %).

Informacin acerca del entorno molecular: estado de oxidacin, tomos enlazantes, orbitales moleculares, etc.

Informacin sobre estructuras aromticas o insaturadas a partir de las transiciones * y .

Perfiles de profundidad de 10 nm no-destructivos y destructivos de profundidades de varios cientos de nanmetros.

Variaciones laterales en la composicin de la superficie.

Estudio sobre superficies hidratadas (congeladas).

CARACTERSTICASSe trata de una tcnica superficial (mx 10 nm):

Interaccin de los electrones con la materia es muy fuerte. Energa de los electrones emitidos es baja (

PREPARACIN DE LA MUESTRASe trata de un proceso fundamental. Las superficies se pueden contaminar o modificar. Puede originar confusin.Para evitar fallos:

Ultravacio. Utilizacin de una presin de 10-6 torr en la cmara de anlisis.Los fotoelectrones han de viajar desde la muestra hasta el detector sin colisionar con ninguna partcula de fase gaseosa.Algunos componentes tales como la fuente de rayos X requieren condiciones de vaco para mantener la operatividad.La composicin superficial de la muestra ha de permanecer invariable durante el experimento.

Ar+: Eliminacin de impurezas de la superficie de la muestra. Alto poder oxidante. Elimina elementos ligeros (C, O, H). Tambin se puede utilizar plasma de oxigeno.

FUNCIONAMIENTO DEL XPS

Fuente Rayos XCon o sin monocromadorMg - 1253.6 eVAl - 1486.6 eVMuestra (en cmara de anlisis)ptica electrnicaAnalizador de energaDetector de electronesOrdenador

APLICACIONES DE LA TCNICA XPS En general la tcnica XPS se puede emplear en los siguientes campos:Polmeros y adhesivos Catlisis heterognea MetalurgiaMicroelectrnicaFenmenos de corrosin Caracterizacin de superficies de slidos en general

Actualmente es una de las tcnicas de anlisis de superficies y lminas delgadas ms utilizada en la caracterizacin qumica de materiales tecnolgicos

APLICACIONES DE LA TCNICA XPSSe detecta la presencia de Fe, C y OA temperatura ambiente, la superficie de cualquier metal, en contacto con la atmsfera se recubre de una delgada pelcula de grupos C-C/C-H, OH- y H2O (espesor inferior a 3nm) A partir de la intensidad (altura) de cada pico se puede conocer el porcentaje atmico de C, O y Fe presentes en la superficie del material

APLICACIONES DE LA TCNICA XPSLos tomos que se diferencian en el estado de oxidacin, en las molculas que lo rodean o en la posicin en la red, provocan un cambio apreciable (tpicamente entre 1-3 eV) en la energa de ligadura que permite identificar el estado de oxidacin de cationes y aniones.As podemos asociar una determinada energa de ligadura a la diferentes formas en las que se presenta el oxgeno:

GrupoEB (eV)xido de hierro530.0OH-531.8H2O533.5

A partir de relacin Ixido/Imetal (proporcional a la altura de las componentes) se obtiene el espesor de la capa de xidos de aluminio sobre la superficie Comparacin de los espectros de alta resolucin Al2p correspondientes a distintas aleaciones de aluminio y espesores de la capa de xido de aluminio pasivante

CONCLUSIONESHemos estudiado la forma de llevar a cabo un anlisis superficial de una muestra utilizando la tcnica XPS, as como el tratamiento de los datos obtenidos.

La tcnica permite conocer la evolucin del porcentaje atmico en la superficie de cualquier material como resultado de su tratamiento y obtener correlaciones entre el contenido de un elemento y el comportamiento del material.

Conociendo esta informacin y utilizando las teoras de enlace podemos deducir el tipo de superficie y sus propiedades.

BIBLIOGRAFAMtodos instrumentales de anlisis, Willard, Hobart H.Introduccin a la ciencia de materiales: tcnicas de preparacin y caracterizacin, Albella, J.M.Fsica para la ciencia y la tecnologa. Tipler, Mosca. Vol. 2. Edicin 5. Editorial Revert.Espectroscopia, Requena Rodrguez, Alberto. Edicin 2004. Editorial Pearson Educacin

Enlaces de Internet, entre otros:http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_photoelectron_spectroscopyhttp://www.uma.es/scai/servicios/xps/xps.htmlhttp://www.eaglabs.com/techniques/analytical_techniques/xps_esca.phphttp://www.nuance.northwestern.edu/keckii/xps1.asphttp://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/scat5_3.htmhttp://www.ua.es/es/investigacion/sti/servicios/analisis_instrumental/rayosx/xps.html

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