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X線

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お礼率 37% (43/115)

金属のような固体にX線(Mg-Kα線)を当てると光電子がでますが、
参考書などでは光電子の脱出深さは約20Åと書いてます。
この脱出深さは原子に固有のものなのでしょうか?
なにかいい参考書がありましたら教えてください。
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質問者が選んだベストアンサー

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レベル12

ベストアンサー率 34% (18/52)

X線光電子分光法(ESCA or XPS)についてのご質問ですよね?
ご存知の通りにX線光電子分光法とは
超高真空中で試料にX線を照射して、
放出される電子光電子)のエネルギーを
エネルギーアナライザー装置で測定する分析法ですよね。励起X線としてはAlやMgのKαなど比較的低いエネルギーのものが良く用いられます。
ご存知だとは存じますが、エネルギーアナライザーは電場を用いて電子の運動エネルギーを測定する装置です。
同心円筒形(CMA)、同心半球型(CHA)などがありますよね。
最近の市販装置ではCHAを使用したものが多くなっています。
「この脱出深さは原子に固有のものなのでしょうか?」とのことですが

原理を考えますとわかりやすいですよね。

原子を構成している電子は核から一定の強さの束縛を受けていますから、X線を当てたときに放出される光電子の運動エネルギーは、
(励起光のエネルギー)-(束縛エネルギー)になります。
(厳密には表面の仕事関数分だけエネルギーの損失がありますが。)


 束縛の強さ、すなわち束縛エネルギーは、
原則として原子の種類と電子の軌道により定まった値になります。

(ただし、原子が化合物や結晶格子を形成している場合には、自由な状態と比較するとその値が僅かに変化します。これを「化学シフト」とよびます。X線光電子分光法ではこの化学シフトを利用して元素の種類だけでなく、化学状態を知ることができるのですね。)

表面分析と深さ方向分析に関しては、
 X線は試料表面から数μmまで侵入しますが、光電子が脱出できる深さは(運動エネルギーにより異なりますが)概ね数nmから数十nmですので、表面のごく近傍で発生した電子だけが検出されます。そのためX線光電子分光法は
「表面」の化学状態を分析する手法となります。

 金属や半導体などの最表面を分析したい場合は、表面の汚染を取り除くためイオンスパッタリングを行います。
また、試料の深さ方向の組成の変化を知りたい場合はX線光電子分析とイオンスパッタリングを交互に繰り返しスペクトルの変化を追跡することもあります。

 試料は真空中で安定なものであれば何でも分析できますがほとんどの場合固体試料です。
金属、半導体、セラミックス、高分子材料など幅広い対象に用いられています。
ただし絶縁物の場合は測定中に試料が帯電するため、低速電子を照射するなどの工夫が必要ですよね。
 
また高分子などはX線で損傷する場合が有りますので分析には注意が必要です。
特にハロゲンや窒素などいわゆるヘテロ元素を含む試料では測定中にこれらの元素が脱離したり、化学状態が変化したりする場合が多々あるので十分注意が必要です。
必要に応じ試料を冷却して測定する場合もありますが。

お役に立てればと思いまして。
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  • 回答No.1
レベル11

ベストアンサー率 44% (107/243)

光電子の脱出深さは、原子固有のものといっていいと思います。 脱出深さは、光電子のもつエネルギー(運動エネルギー)によってかわります。 発生した光電子のエネルギーが高いと周辺の電子との相互作用が少なくなりエネルギー損失は起こりにくいため脱出深さは長くなります。また発生した光電子のエネルギーが小さくなると周囲の電子を励起する確率が小さくなるためこの場合もエネルギー損失が小さくなり、脱出深さも大きくなり ...続きを読む
光電子の脱出深さは、原子固有のものといっていいと思います。
脱出深さは、光電子のもつエネルギー(運動エネルギー)によってかわります。

発生した光電子のエネルギーが高いと周辺の電子との相互作用が少なくなりエネルギー損失は起こりにくいため脱出深さは長くなります。また発生した光電子のエネルギーが小さくなると周囲の電子を励起する確率が小さくなるためこの場合もエネルギー損失が小さくなり、脱出深さも大きくなります。光電子のエネルギーが周辺の電子を励起するのに十分なエネルギーをもちさらにエネルギーのやりとりをするのに十分遅い速度であるときはエネルギー損失が大きくなり脱出深さが小さくなり、この時のエネルギーは50~100eVぐらいです。(多くの物質でこのことがあてはまります)

表面分析に関する本や参考書、論文などではたいてい書かれていますので、本屋で探してみてはいかがですか?

gods-twilightさんは、XPSを専門にやられてるんですよね?以下のURLではわかりやすくスライド(OHP)を使って説明しています。私のオススメですので。
お礼コメント
gods-twilight

お礼率 37% (43/115)

回答ありがとうございます。
やはり原子に固有なのですか・・・
タングステンの脱出深さを理論値で調べたかったのです。
OHPありがとうございます。さっそく見てみます。

はい、私はXPSを使った表面分析を専門にやっています。今年の春からなので、いま勉強中です。それと、以前回答してもらったにもかかわらずお礼できなくて申し訳なかったです。m(_ _)m この場でお礼いわせてください。
投稿日時 - 2001-08-10 18:12:04

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