Principios de análisis instrumental

Transductor multicanal Analizador multicanal Fuente de rayos X FIGURA 21.4 Principio de un instrumento moderno para ESCA que emplea una fuente monocromática de rayos Xy un espectrómetro de campo hemiesférico. aluminio y filtros adecuados. Las líneas Ka de estos dos elemen– tos tienen anchos de banda considerablemente más estrechos (de 0.8 a 0.9 eV) que aquellos que se obtienen con blancos de número atómico superior. Hay que señalar que las bandas estrechas son deseables porque proporcionan una mejor resolución. Las fuentes no monocromáticas iluminan por lo regular un punto de pocos centímetros de diámetro. Los instrumentos relativamente sofisticados para espec– troscopia fotoelectrónica de rayos X, como el que se muestra en la figura 21.4, están equipados con un monocromador de cristal (sección 12B.3) para proporcionar un rayo X que tiene un ancho de banda de casi 0.3 e V. Los monocromadores eliminan la radia– ción de fondo, lo que mejora las relaciones señal-ruido. También permiten que se examinen manchas mucho más pequeñas en una superficie (dimensiones de los puntos -50 ¡Lm). La creciente disponibilidad de la radiación sincrotrónica en años recientes ocasionó que los investigadores de la espectros– copia fotoelectrónica de rayos X cuenten con otra fuente útil. Un sincrotrón produce radiación de banda ancha que se puede colimar y polarizar de manera importante. Cuando dichas fuentes se utilizan con un monocromador son capaces de proporcionar una fuente de rayos X que es sintonizable para los experimentos fotoelectrónicos. Portamuestras. Las muestras sólidas se introducen general– mente en una cámara analítica a través de una cámara de pre– paración. Esta cámara se puede aislar de la cámara analítica y se permite que alcance la presión atmosférica para que se coloque la muestra. Posteriormente, se lleva a la cámara de preparación al alto vacío de la cámara analítica. »> 21( Espectroscopia de electrones 529 Después de que las muestras se transfieren a la cámara analí– tica, se posicionan con un manipulador de muestra y portamues– tra. Las muestras sólidas se colocan en una posición fija lo más cerca posible de la fuente de electrones y de la rendija de entrada del espectrómetro (véase la figura 21.4). Con el propósito de evitar la atenuación del haz de electrones, el compartimento de muestra debe mantenerse al vacío, a una presión de 10- 3 Pa o menor. Sin embargo, se requieren a menudo vacíos mayores (de 10- 7 a 10- 8 Pa) para evitar la contaminación de la superficie de la muestra por sustancias como oxígeno o agua, que pueden reaccionar o adsor– berse en la superficie. Las muestras de gases se filtran en el portamuestras a través de una rendija de un tamaño tal que pueda dar una presión de alrededor de 1 Pa. Las presiones más altas conducen a una atenua– ción excesiva del haz de electrones debido a colisiones inelásticas; por otro lado, si la presión de la muestra es demasiado baja, se obtienen señales muy débiles. Analizadores. El analizador consta de la lente o lentes de reco– lección y el analizador de energía del electrón, el cual dispersa los electrones emitidos de acuerdo con su energía cinética. Por lo regular, el sistema de lentes permite un ángulo amplio de reco– lección (-30°) para lograr una alta eficiencia. En algunos expe– rimentos resueltos con ángulo, una abertura reduce los ángulos recolectados. Dichos experimentos se aplican en los estudios de perfil de profundidad. Por lo regular, los experimentos fotoelectrónicos se llevan a cabo en el modo de energía constante del analizador, en el cual los electrones son acelerados o retardados por el sistema de lentes a alguna energía definida por el usuario a medida que atraviesan el analizador (la energía de paso, E en la figura 21.4). A menudo, las energías de paso de 5 a 25 eV generan espectros de alta reso– lución. Las energías de paso de 100 a 200 eV se usan para el esca– neo de inspección. La intensidad de la señal disminuye cuando la energía de paso decrece. La mayoría de los analizadores de energía son del tipo que se ilustra en la figura 21.4; en ellos el haz de electrones es des– viado por el campo electrostático de un capacitor semiesférico. Los electrones viajan así en una trayectoria curva desde la lente hasta el transductor multicanal. El radio de curvatura depende de la energía cinética de los electrones y de la magnitud del campo electrostático. Se obtiene un espectro completo haciendo variar el campo para enfocar los electrones de varias energías cinéticas en el transductor. Transductores. La mayoría de los espectrómetros de electro– nes modernos se basan en multiplicadores de electrones de canal de estado sólido, que consisten en tubos de vidrio que han sido dopados con plomo o vanadio. Al aplicar a estos materiales un potencial de varios kilovoltios se produce una cascada o pulso de 10 6 a 10 8 electrones por cada electrón incidente. Estos pulsos se cuentan a continuación electrónicamente (véase la sección 4C) . Varios fabricantes ofrecen en la actualidad detectores bidimensio– nales para electrones que cuentan con varios canales y son análo– gos en construcción y aplicación a los detectores multicanal para fotones que se describieron en la sección 7E.3. En estos detectores, todos los elementos relacionados con la resolución de un espectro de electrones se controlan de manera simultánea y los resultados