Ｘ線

質問

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。

回答No.2

koura · ベストアンサー

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。