पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी
पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूपीएस) अणुओं द्वारा उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की गतिज ऊर्जा स्पेक्ट्रोस्कोपी की माप को संदर्भित करता है, जो वैलेंस क्षेत्र में आणविक कक्षीय ऊर्जा निर्धारित करने के लिए पराबैंगनी फोटोन को अवशोषित करते हैं।
मूल सिद्धांत
अल्बर्ट आइंस्टीन के फोटोइलेक्ट्रिक कानून को एक मुक्त अणु पर लागू किया जाता है, गतिज ऊर्जा () एक उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव द्वारा दिया जाता है
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जहाँ h प्लैंक नियतांक है, ν आयनकारी प्रकाश की आवृत्ति है, और I एक एकल आवेशित आयन के निर्माण के लिए मूल अवस्था या उत्तेजित अवस्था में एक आयनीकरण ऊर्जा है। कोपमन्स के प्रमेय के अनुसार, प्रत्येक ऐसी आयनीकरण ऊर्जा की पहचान एक अधिकृत आणविक कक्षीय ऊर्जा के साथ की जा सकती है। जमीनी अवस्था आयन सबसे अधिक व्याप्त आणविक कक्षीय से एक इलेक्ट्रॉन को हटाकर बनाया जाता है, जबकि उत्तेजित आयन एक इलेक्ट्रॉन को निचले कब्जे वाले कक्षीय से हटाकर बनाया जाता है।
इतिहास
1960 से पहले, वस्तुतः फोटोइलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा के सभी माप धातुओं और अन्य ठोस सतहों से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के लिए थे। लगभग 1956 में, काई सिगबान ने सतह रासायनिक विश्लेषण के लिए एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) विकसित किया। यह विधि परमाणु कोर इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तरों का अध्ययन करने के लिए एक्स-रे स्रोतों का उपयोग करती है, और उस समय लगभग 1 ईवी (इलेक्ट्रॉनवॉल्ट) का ऊर्जा संकल्प था।[1]
गैस चरण में मुक्त अणुओं के फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रा का अध्ययन करने के लिए 1961 में रूस (USSR) में सेंट पीटर्सबर्ग (लेनिनग्राद) स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिक विज्ञानी Feodor Ivanovich Vilesov | Feodor I. Vilesov द्वारा पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (UPS) का नेतृत्व किया गया था।[2][3] शुरुआती प्रयोगों में फोटोइलेक्ट्रॉन ऊर्जा को मापने के लिए एक हाइड्रोजन डिस्चार्ज और एक रिटार्डिंग पोटेंशियल एनालाइजर से मोनोक्रोमैटाइज्ड रेडिएशन का इस्तेमाल किया गया।
PES को 1962 से 1967 तक प्रकाशनों की एक श्रृंखला में डेविड डब्ल्यू टर्नर, लंदन में इंपीरियल कॉलेज और फिर ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय में एक भौतिक रसायनज्ञ द्वारा विकसित किया गया था।[4][5] एक फोटॉन स्रोत के रूप में, उन्होंने एक हीलियम डिस्चार्ज लैंप का उपयोग किया, जो वैक्यूम पराबैंगनी क्षेत्र में 58.4 nm (21.2 eV की ऊर्जा के अनुरूप) की तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करता है। इस स्रोत के साथ, टर्नर के समूह ने 0.02 eV का ऊर्जा विभेदन प्राप्त किया। टर्नर ने आणविक फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में विधि को संदर्भित किया, अब आमतौर पर पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी या यूपीएस। एक्सपीएस की तुलना में, यूपीएस वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर तक सीमित है, लेकिन उन्हें अधिक सटीक रूप से मापता है। 1967 के बाद, वाणिज्यिक यूपीएस स्पेक्ट्रोमीटर उपलब्ध हो गए।[6] नवीनतम वाणिज्यिक उपकरणों में से एक पर्किन एल्मर PS18 था। पिछले बीस वर्षों से, सिस्टम होममेड हैं। नवीनतम प्रगति में से एक - फीनिक्स II - डॉ. जीन-मार्क सॉटिरोपोलोस द्वारा विकसित पाऊ, आईपीआरईएम की प्रयोगशाला है।[7]
आवेदन
यूपीएस क्वांटम रसायन विज्ञान से सैद्धांतिक मूल्यों की तुलना के लिए प्रायोगिक आणविक कक्षीय ऊर्जा को मापता है, जिसे 1960 के दशक में बड़े पैमाने पर विकसित किया गया था। एक अणु के फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रम में एक वैलेंस-क्षेत्र आणविक कक्षीय ऊर्जा स्तर के अनुरूप चोटियों की एक श्रृंखला होती है। इसके अलावा, उच्च रिज़ॉल्यूशन ने आणविक आयन की कंपन स्पेक्ट्रोस्कोपी के कारण ठीक संरचना के अवलोकन की अनुमति दी, जो चोटियों को बॉन्डिंग, नॉनबॉन्डिंग या एंटीबॉन्डिंग आणविक ऑर्बिटल्स के असाइनमेंट की सुविधा प्रदान करता है।
विधि को बाद में ठोस सतहों के अध्ययन के लिए विस्तारित किया गया जहां इसे आमतौर पर फोटोमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीईएस) के रूप में वर्णित किया जाता है। उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की कम रेंज (एक्स-रे|एक्स-रे की तुलना में) के कारण यह सतह क्षेत्र (10 एनएम गहराई तक) के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील है। इसलिए इसका उपयोग सोखने वाली प्रजातियों और सतह पर उनके बंधन के साथ-साथ सतह पर उनके अभिविन्यास का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।[8] यूपीएस द्वारा ठोस पदार्थों के लक्षण वर्णन से उपयोगी परिणाम सामग्री के कार्य समारोह का निर्धारण होता है। इस दृढ़ संकल्प का एक उदाहरण पार्क एट अल द्वारा दिया गया है।[9] संक्षेप में, फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रम की पूरी चौड़ाई (उच्चतम गतिज ऊर्जा/न्यूनतम बाध्यकारी ऊर्जा बिंदु से निम्न गतिज ऊर्जा कटऑफ तक) को रोमांचक विकिरण की फोटॉन ऊर्जा से मापा और घटाया जाता है, और अंतर कार्य फलन है। अक्सर, स्पेक्ट्रोमीटर प्रतिक्रिया से कम ऊर्जा कटऑफ को अलग करने के लिए नमूना विद्युत रूप से पक्षपाती नकारात्मक होता है।
गैस डिस्चार्ज लाइनें
| Gas | Emission Line | Energy (eV) | Wavelength (nm) | Relative Intensity (%) |
|---|---|---|---|---|
| H | Lyman α | 10.20 | 121.57 | 100 |
| Lyman β | 12.09 | 102.57 | 10 | |
| He | 1 α | 21.22 | 58.43 | 100 |
| 1 β | 23.09 | 53.70 | approx 1.5 | |
| 1 γ | 23.74 | 52.22 | 0.5 | |
| 2 α | 40.81 | 30.38 | 100 | |
| 2 β | 48.37 | 25.63 | <10 | |
| 2 γ | 51.02 | 24.30 | negligible | |
| Ne | 1 α | 16.67 | 74.37 | 15 |
| 1 α | 16.85 | 73.62 | 100 | |
| 1 β | 19.69 | 62.97 | < 1 | |
| 1 β | 19.78 | 62.68 | < 1 | |
| 2 α | 26.81 | 46.24 | 100 | |
| 2 α | 26.91 | 46.07 | 100 | |
| 2 β | 27.69 | 44.79 | 20 | |
| 2 β | 27.76 | 44.66 | 20 | |
| 2 β | 27.78 | 44.63 | 20 | |
| 2 β | 27.86 | 44.51 | 20 | |
| 2 γ | 30.45 | 40.71 | 20 | |
| 2 γ | 30.55 | 40.58 | 20 | |
| Ar | 1 | 11.62 | 106.70 | 100 |
| 1 | 11.83 | 104.80 | 50 | |
| 2 | 13.30 | 93.22 | 30 | |
| 2 | 13.48 | 91.84 | 15 |
आउटलुक
यूपीएस ने सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों की बढ़ती उपलब्धता के साथ काफी पुनरुद्धार देखा है जो मोनोक्रोमैटिक फोटॉन ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं।
यह भी देखें
- कोण समाधानित फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी एआरपीईएस
- Photoelectron photoion संयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी PEPICO
- टाइम-सॉल्व्ड टू-फोटॉन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी
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संदर्भ
- ↑ Carlson T.A., "Photoelectron and Auger Spectroscopy" (Plenum Press, 1975) ISBN 0-306-33901-3
- ↑ Vilesov, F. I.; Kurbatov, B. L.; Terenin, A. N. (1961). "गैसीय चरण में सुगंधित अमीन्स के फोटोकरण में ऊर्जा पर इलेक्ट्रॉन वितरण". Soviet Physics Doklady. 6: 490. Bibcode:1961SPhD....6..490V.
- ↑ Price, W. C. (1974). "फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी". Advances in Atomic and Molecular Physics. 10: 131. Bibcode:1974AdAMP..10..131P. doi:10.1016/S0065-2199(08)60348-6. ISBN 9780120038107.
- ↑ Rabalais J.W. "Principles of Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy" (Wiley 1977) ISBN 0-471-70285-4
- ↑ Turner, David W. (1970). आणविक फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी. London: Wiley Interscience. ISBN 0-471-89320-X. OCLC 108745.
- ↑ Baker, Arthur D.; Betteridge, David (1972). फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी। रासायनिक और विश्लेषणात्मक पहलू (First ed.). Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-08-016910-4. OCLC 539873.
- ↑ mdomingo#utilisateurs (2020-09-10). "जन-मार्क सॉटिरोपोलोस". iprem.univ-pau.fr (in français). Retrieved 2021-05-17.
- ↑ Peter W. Atkins and Julio de Paula "Physical Chemistry" (Seventh edition, W.H.Freeman, 2002), p.980 ISBN 0-7167-3539-3
- ↑ Park, Y.; Choong, V.; Gao, Y.; Hsieh, B. R.; Tang, C. W. (1996-05-06). "फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा मापा गया इंडियम टिन ऑक्साइड पारदर्शी कंडक्टर का कार्य कार्य". Applied Physics Letters. 68 (19): 2699–2701. Bibcode:1996ApPhL..68.2699P. doi:10.1063/1.116313. ISSN 0003-6951.