Principios de análisis instrumental

526 Capítulo 21 Caracterización de superficies por espectroscopia y microscopía «< TABLA 21.1 Algunas técnicas espectroscópicas para el análisis de superficies ~: ~~~?~o. y ~crón¡_n;~. Haz primario Haz detectado Información Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS, por Fotones de Electrones Composición química sus siglas en inglés) o espectroscopia electrónica para rayos X Estructura química análisis químico (ESCA, por sus siglas en inglés) Espectroscopia de electrones Auger (AES, Electrones o Electrones Composición química por sus siglas en inglés) fotones de rayos X Espectroscopia electrónica de pérdidas de energía Electrones Electrones Estructura química (EELS, por sus siglas en inglés) Unión de adsorbatos Microsonda de electrones (EM, por sus siglas en inglés) Electrones Fotones de rayos X Composición química Espectrometría de masas de ion secundario Iones (SIMS, por sus siglas en inglés) Espectroscopia de dispersión de iones (ISS, por sus Iones siglas en inglés) y espectroscopia de Rutherford por retrodispersión Espectrometría de masas con microsonda de láser Fotones (LMMS, por sus siglas en inglés) Resonancia de plasmones en superficie (SPR, por Fotones sus siglas en inglés) Generación de frecuencia resultante (SFG, por sus Fotones siglas en inglés) Elipsometría Fotones Un problema que se presenta con frecuencia en los análi– sis de superficies es la contaminación de las mismas por adsor– ción de los componentes de la atmósfera, como oxígeno, agua o dióxido de carbono. Incluso en el vacío, este tipo de contami– nación ocurre en un tiempo relativamente corto. Por ejemplo, a una presión de 1.3 X 10 - 4 Pa (1 torr) , una superficie limpia lle– gará a cubrirse con una monocapa de moléculas gaseosas en sólo 3 s. A 10- 6 Pase cubre en casi una hora. A 10 - 8 Pase necesitan 10 horas. 2 Como consecuencia de los problemas de adsorción, a menudo deben tomarse medidas para limpiar la superficie de la muestra, normalmente en la cámara donde se le irradia. La lim– pieza se puede efectuar mediante el horneado a alta temperatura de la muestra, bombardeo de la muestra con un haz de iones de un gas inerte procedentes de un cañón de electrones, raspado mecánico o pulido de la superficie de la muestra con un abrasivo, lavado ultrasónico de la muestra con varios disolventes y lavado de la muestra en atmósfera reductora para eliminar los óxidos. Los daño s causados por el haz primario dependen del momento de las partículas que lo componen. Por consiguiente, de los haces que se enlistan en la tabla 21.1, los iones son los más dañinos y los fotones los menos. ~ Tutorial: Aprenda más acerca de los métodos de superficie ~ en www.tinyurl.com/skoogpia7 * 'Este material se encuentra disponible en inglés. ' D. M. Hercules y S. H. Hercules, f. Chem. Educ., 1984, 61, p. 402, DOI: 10.1021/ ed061p402. Iones Composición química Estructura química Iones Composición química Estructura atómica Iones Composición química Estructura química Fotones Composición y concentra- ción de películas delgadas Fotones Estructura de interfase, unión de adsorbatos Fotones Espesor de películas delgadas 21C ESPECTROSCOPIA DE ELECTRONES Los tres primeros métodos mencionados en la tabla 21.1 se basan en la detección de los electrones emitidos, producidos por varios haces incidentes. En estos métodos, la señal del analito está for– mada más por haces de electrones que de fotones. Las mediciones espectrométricas consisten entonces en determinar la potencia de este haz en función de la energía hv o la frecuencia v de los elec– trones. Este tipo de espectroscopia se denomina espectroscopia de electrones. A pesar de que los principios básicos de la espectroscopia de electrones se comprenden bien desde hace un siglo, la aplica– ción generalizada de esta técnica a problemas químicos no había tenido lugar hasta hace relativamente poco. Un factor importante que frenó los estudios en este campo fue la falta de tecnología para llevar a cabo mediciones de alta resolución de los espectros de los electrones, los cuales tienen energías que varían desde unas pocas décimas hasta varios miles de electronvoltios. A finales de los años sesenta se desarrolló esta técnica y empezaron a aparecer en el mercado espectrómetros de electrones comerciales. Con su aparición, tuvo lugar un crecimiento explosivo en la cantidad de publicaciones dedicadas a este campo. 3 Se pueden diferenciar tres tipos de espectroscopia de elec– trones para el estudio de las superficies. El tipo más común, que ' Información adicional se encuentra en ). F. Watts y). Wolstenholme, An Introduc– tion to Surface Analysis by XPS and AES, Chichester, UK: Wiley, 2003; D. Briggs y M. P. Seah, Practica/ Surface Analysis by Auger and X ray Photoelectron Spectroscopy, 2a. ed., Chichester, UK: Wiley, 1990.