Principios de análisis instrumental

Lentes enfocados magnéticamente Haz de iones MeY de acelerador Iones retrodispersados FIGURA 21.12 Aparato de Rutherford de retrodispersión. Un haz de iones procedente de un acelerador se enfoca en La muestra. Los iones retrodispersados son detectados mediante un detector de partículas de estado sólido. analizadores magnéticos y electrostáticos también se utilizan en los estudios de alta resolución. La información en la RBS surge de un espesor de casi 100 nm, aunque con técnicas especiales tam– bién es posible el análisis de superficies. Asimismo, con esta técnica es posible determinar los pesos atómicos y las concentraciones de los elementos en función de la profundidad por debajo de la superficie. Debido a su sensibilidad respecto a la capa superior de la superficie, está demostrado que la espectroscopia por dispersión de iones es muy útil para proporcio– nar un análisis de los materiales que componen la superficie como catalizadores y aleaciones. La ISS también puede proporcionar información estructural sobre superficies metálicas, de semiconduc– tores, de óxidos metálicos y adsorbatos. Las principales limitaciones de esta técnica se relacionan con las dificultades para proporcionar resultados cuantitativos, debido a las reacciones de neutralización y otras interacciones. Los procesos causados por los choques y las pér– didas de energía inelástica también dificultan las determinaciones de la masa absoluta. En cuanto al análisis de la composición, la espec– troscopia por dispersión de iones se complementa con la espectros– copia de electrones Auger aunque en general no es aplicable. La espectroscopia de Rutherford por retrodispersión tiene la capacidad de proporcionar un análisis cuantitativo absoluto de la composición de los elementos con una exactitud de casi 5%. Pro– porciona además información del perfll de profundidades desde las capas superficiales y películas finas hasta un espesor de casi 1 ¡.Lm. En algunos casos, el haz de alta energía puede dañar la superficie. Esto es particularmente un problema con los materiales aislantes, como los polímeros, haluros alcalinos y óxidos. La misión del Pathfinder a Marte de 1997 llevó un espectrómetro de rayos X de protones alfa (APXS, por sus siglas en inglés). En el modo de espectrometría de Rutherford por retrodispersión, el espectrómetro bombardeó muestras con partículas alfa y determinó la composición elemental mediante el análisis de energía de las partículas retrodispersadas. Además de la espectrometría de Rutherford por retrodispersión, el instrumento de rayos X de protones alfa se diseñó para efectuar expe– rimentos de emisión de protones y de rayos X inducidos por partí– culas (PIXE, por sus siglas en inglés). La composición del suelo y de >» 21E Métodos espectroscópicos de fotones para superficies 537 las rocas se determinó y comparó con la información de la misión Viking anterior. Misiones subsecuentes a Marte, incluyendo el Labo– ratorio de ciencia de Marte del2012 a bordo del astromóvil Curiosity, también contenía instrumentos APXS. 210.3 Espectrometria de masas con microsonda de Láser Los espectrómetros de masas con microsonda de láser se utilizan para el estudio de superficies de sólidos. La ablación de la superficie se logra mediante un láser pulsante de alta potencia, generalmente un láser de Nd-YAG. Después de cuadruplicar la frecuencia, el láser de Nd-YAG puede producir una radiación de 266 nm enfocada en un punto de tan sólo 0.5 ¡.Lm. La densidad de potencia de la radia– ción dentro de esta área es de 10 10 a 10 11 W/cm 2 • Con la ablación de la superficie se ioniza una pequeña fracción de los átomos. Los iones que se producen son acelerados y luego analizados, general– mente mediante espectrometría de masas de tiempo de vuelo. En algunos casos, las microsondas láser están combinadas con trampas de iones cuadrupolares y con espectrómetros de masas de transfor– mada de Fourier. En la actualidad, la espectrometría de masas en tándem con microsonda de rayo láser recibe mucha atención en la investigación. Además, la microsonda láser se utiliza para vaporizar muestras antes de introducirlas en plasmas acoplados por induc– ción para lograr emisión o analizar los espectros de masas. 14 La espectrometría de masas con microsonda de rayo láser posee una elevada sensibilidad poco frecuente (por debajo de 10 - 20 g), por lo que se puede aplicar tanto en muestras inorgánicas como orgánicas (incluidas las biológicas), tiene una resolución espacial de alrededor de 1 ¡.LID y proporciona datos a gran velocidad. Algunas aplicaciones típicas de la espectrometría de masas de ablación láser incluyen la determinación de la distribución de calcio en las retinas, determinación de la distribución de fluoruro en el tejido óseo den– tal, la obtención de bioimágenes de células y tejidos, el mapeo tridi– mensional de capas superficiales y el análisis de evidencia forense. 1 s 21E MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS DE FOTONES PARA SUPERFICIES En esta sección se tratan métodos en los cuales los fotones pro– porcionan tanto el haz primario como el haz detectado. Las técni– cas que se estudian se enlistan en la tabla 21.1 , a saber, resonancia de plasmones en superficies, generación de frecuencia resultante y elipsometría. Todas las técnicas espectroscópicas iónicas y elec– trónicas que se aplican en superficies y que se describieron antes tienen una desventaja: requieren un ultraalto vacío y no propor– cionan acceso a interfases enterradas. Los métodos espectroscópi– cos de fotones que se analizan aquí son aplicables a superficies en contacto con líquidos y, en algunos casos, a superficies que yacen bajo capas transparentes. 14 Para una revisión de la ablasión láser, véase R. E. Russo, X. Mao, ).). Gonzalez, V. Zorba y ). Yoo, Anal. Chem., 2013, 85, p. 6162, DO!: 10.1021ac4005327; R. E. Russo, X. Mao y S. S. Mao, Anal. Chem., 2002, 74, 70A, DO!: 10.1021/ac0219445. 15 Para algunos ejemplos, véase ). T. van Elteren el al., f. Anal. Al. Speclrosc., 2013, 28, p. 994, DO!: 10.1039/c3ja30362d; F. A. Orellana el al., TrAC, Trends Anal. Chem., 2013,42, p. 1, DO!: 10.1016/j.trac.2012.09.015; ). A. Stolee y A. Verles, Anal. Chem. , 2013, 85, p. 3592, DO!: 10.1021 /ac303347n.