Labor für Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS): Eine Schlüsseltechnologie der Elementanalyse

Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) ist eine hochpräzise Analysetechnik, die in vielen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen Anwendung findet. Im Labor der Tascon GmbH ist die Photoelektronenspektroskopie eine häufig genutzte Methode, die es ermöglicht, die chemische Zusammensetzung von Oberflächen und dünnen Schichten qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Im Vergleich zu anderen Techniken der Elementanalyse bietet die XPS einzigartige Vorteile, die sie zu einem Arbeitspferd der Nano- und Mikroanalytik machen.

Funktionsweise der Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Die XPS-Analyse basiert auf dem photoelektrischen Effekt, bei dem Röntgenstrahlen auf eine Probe treffen und dabei Elektronen aus den inneren Schalen der Atome herauslösen. Diese Elektronen, auch Photoelektronen genannt, werden dann anhand ihrer kinetischen Energie und ihres Verteilungsmusters analysiert. Die Energie der Elektronen gibt Aufschluss über die ursprüngliche Bindungsenergie der Elektronen im Material, was wiederum Rückschlüsse auf die Elementzusammensetzung sowie die chemische Umgebung der nachgewiesenen Elemente erlaubt.

Anwendungsmöglichkeiten der Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Die XPS wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, darunter:

- Materialwissenschaften: Analyse der Oberflächenchemie von unter anderem Metallen, Keramiken, Gläsern und Polymeren.

- Halbleiterindustrie: Untersuchung mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie zum Nachweis von Oberflächenkontaminationen und zur Schichtdickenbestimmung.

- Korrosionsforschung: Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Korrosionsprodukten.

- Umweltwissenschaften: Analyse von Schadstoffen auf Oberflächen, dünnen Schichten und in Dünnschichtsystemen.

Vergleich mit anderen Elementanalysetechniken

Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)

EDX ist eine häufig verwendete Technik, die oft in Kombination mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) eingesetzt wird. Sie ist eine schnelle und einfache Methode zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung. Im Vergleich zur Röntgenphotoelektronenspektroskopie kommen die Informationen jedoch aus größeren Tiefen (Mikrometer statt Nanometer). Auch können mit der EDX keine Informationen über Bindungszustände oder Oxidationszustände gewonnen werden.

Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS)

ICP-MS ist eine extrem empfindliche Technik zur Bestimmung von Spurenmetallen in Flüssigkeiten. Sie bietet eine ausgezeichnete Nachweisgrenze, jedoch erfordert sie eine aufwändige Probenvorbereitung und ist weniger geeignet für die Analyse von Feststoffen und Oberflächen im Vergleich zu Röntgenphotoelektronenspektroskopie.

Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS)

SIMS ist eine Technik, die ebenfalls Oberflächenanalysen durchführt, jedoch auf der Ionisation von Atomen und Molekülen durch Beschuss mit Ionenstrahlen basiert. Zwar erreicht man mit der SIMS eine bessere Lateralauflösung (Bildgebung) und Tiefenauflösung (Tiefenprofile) und kann alle Elemente sowie ihre Isotope sehr empfindlich nachweisen, jedoch ist diese Information im Vergleich zur Röntgenphotoelektronenspektroskopie nicht absolut quantitativ.

Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)

AAS ist eine etablierte Methode zur Bestimmung von Metallkonzentrationen in Flüssigkeiten. Sie bietet eine gute Sensitivität und Spezifität für bestimmte Elemente, ist jedoch weniger geeignet für die Analyse von Oberflächen und Feststoffen im Vergleich zur Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Vorteile der Röntgenphotoelektronenspektroskopie

- nicht destruktiv: XPS kann die chemische Zusammensetzung analysieren, ohne die Probe zu zerstören.

- Oberflächensensitivität: ideal für die Analyse von Oberflächenschichten bis zu einer Tiefe von etwa 10 Nanometern. Größere Tiefen können zusätzlich durch Sputtern erreicht werden.

- quantitativ: Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie erlaubt eine Quantifizierung von Elementen auf der Oberfläche mit Empfindlichkeiten bis zu 0,1 atom-%.

- chemische Spezifität: Fähigkeit zur Bestimmung der chemischen Bindungszustände der nachgewiesenen Elemente.

Tascon – Ihr Labor für Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Die Messung mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie erlaubt einen wertvollen Einblick in die oberflächennahe Zusammensetzung moderner Materialien. Sie bietet eine einzigartige Kombination aus Oberflächensensitivität, Quantifizierungsmöglichkeit, chemischer Spezifität und nicht-destruktiver Analyse, die sie von anderen Elementanalysetechniken abhebt und zu einem häufig eingesetzten Arbeitspferd macht. Dank ihrer Vielseitigkeit und Präzision ist XPS ein entscheidendes Werkzeug in Forschung und Industrie, um die chemische Zusammensetzung und Struktur von Materialien zu verstehen und zu optimieren. Sollten Sie Fragen zur Messung und Analyse mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie in unserem Labor haben, kontaktieren Sie unverbindlich einen unserer XPS-Experten.