Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 3: Experimenteller Teil 48
Oberfläche für alle Elemente mit Ausnahme von Wasserstoff und Helium liefert. Darüber
hinaus werden Informationen über chemische Strukturen (Funktionalgruppen) aus den
Bindungszuständen der Atome gewonnen.
Aufgrund der begrenzten Ausdringtiefe der Elektronen wird die XPS-Messung als eine sehr
oberflächensensitive Messmethode verstanden. Die kinetische Energie Ekin der aus der
Oberfläche ausgelösten Elektronen kann durch Gleichung 14 bestimmt werden:
E h⋅
f − E
kin
= (14)
mit h⋅f als Photonenenergie und Eb als Bindungsenergie, mittels deren Bestimmung auf das
chemische Element geschlossen werden kann.
Als Röntgenquelle dienen hauptsächlich die Materialien Magnesium und Aluminium, deren
Quantenenergien MgKa = 1253,6 eV und AlKa = 1486,6 eV betragen [122]. Beide zeichnen
sich durch eine geringe Halbwertsbreite der Strahlung aus. Die Röntgenquelle ist ein
Heizfaden, aus dem Elektronen austreten und zu einer Anode beschleunigt werden, wo die
Röntgenstrahlung entsteht. Bei dem Energieanalysator wird häufig ein Halbkugelanalysator
bzw. Zylinderspiegelanalysator verwendet, bei dem über ein elektrostatisches System nur die
Elektronen in den Detektor gelangen, die eine bestimmte Energie besitzen. Die bei der XPS
emittierten Photoelektronen werden nach ihren kinetischen Energien analysiert. Die mittlere
freie Weglänge der austretenden Photoelektronen ist dabei weitgehend unabhängig vom zu
untersuchenden Material, wird aber stark von der übertragenen Photonenenergie beeinflusst.
Die Oberflächensensitivität der Messmethode kann somit durch Variation der Energie der
Röntgenstrahlung auf verschiedene Tiefen variiert werden. Niedrige Röntgenenergien
verkürzen die mittlere freie Weglänge, wobei es eher zur Detektion oberflächennaher
Elektronen kommt. Durch höhere Energien werden zusätzlich Elektronen aus dem Inneren der
Probe erfasst [122, 123].
Für die XPS-Spektrenanalyse werden die durch die Röntgen-Photoelektronenanregung
erhaltenen Intensitäten der emittierten Elektronen über der jeweiligen ihrer kinetischen Energie
entsprechenden Bindungsenergie aufgetragen. Um quantitative Aussagen zu ermöglichen, muss
die Anzahl der in einer bestimmten Zeiteinheit detektierten Elektronen angegeben werden. Die
Linien (Peaks) des Photoelektronenspektrums werden dabei üblicherweise mit den
Quantenzahlen des jeweiligen Elements bezeichnet (z. B. C1s oder O1s). Unter Einbeziehung
der jeweiligen Wirkungsquerschnitte der Photoionisation sowie den mittleren Austrittstiefen der
Photoelektronen kann die atomare Oberflächenkonzentration eines Elementes oder einer
Bindungsart berechnet werden [124].
Eine schnelle Identifikation einzelner Elemente wird durch die Aufnahme von
Übersichtsspektren ermöglicht. Dabei müssen jedoch zuerst die Energiebereiche für die
Einzelspektren festgelegt werden. Tab. 8 zeigt Bindungsenergien, die typisch für die
angegebenen Elemente in einem Übersichtsspektrum sind.
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