XPS 는 이름과 같이 X선에 관련된 장비인 것은 대략 짐작이 됩니다.
그러나 너무 많은 에너지원과 유사성 때문에 좀처럼 감이 잡히지 않습니다.
그래서 XPS 장비를 분류하여 어떤 강점이 있는지 확인해 보고자 합니다.
장비명
XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy,X-선 광전자 분광법)
Thermo Scientific Nexsa G2
장비의 분류
XPS가 어떤 카테고리에 들어가는지 확인해 보겠습니다.
<XPS 에서 검출하는 신호>
우선 XPS 는 X선이 시료에 조사될때 나오는 특정 에너지중 Photoelectron1를 분리해서
이를 해석하는 장비입니다.
다른 장비들과는 어떤 점이 다른 걸까요? 한번 비교해 보죠.
현존하는 모든 물질은 안정된 상태로 존재하려는 성질이 있습니다.
마치 우리가 회사갔다가 집에 가고 싶어하는 것과 같은 이치죠.🙆♂️
하지만 그래가지곤 어떤 성질이 있는지 알 방도가 없습니다.🤦🏻♀️
그래서 신경을 건드려서 어떤 성격을 가지고 있는지 알아 내야만합니다.
신경을 건드는 것이 바로 분석기기에 “에너지원”이다.
그리고 측정신호가 각 물질이 가지는 성격(특성)입니다.
마치 평화롭게 존재하는 원자😀에 에너지⚡️를 줘서 화나게 만들고🤯
얼마나 화났는지를 🔬측정하는 것이라고 보시면 됩니다.
(각 원자나 결합마다 에너지, 화내는 정도가 다름)
에너지원의 분류로 보면 XPS는 X선을 사용합니다.
| 에너지원(input) | 측정신호(output) | 분석장비 | 분석깊이 |
| 전자 | 이차전자, 후방산란전자 특정 X-선 Auger 전자 투과전자 투과전자, X-선 X-선 | SEM EDS AES TEM STEM EPMA | 1nm 1µm 20 ~ 60 Å 50 Å 10 Å 1 µm |
| X선 | Photoelectron(광전자) 산란회절신호 특정 X-선 X-선 농도 | XPS XRD XRF micor-CT | 30 ~ 400 µm 수십 nm ~ µm 수십µm ~ 수 mm 강도,소재 따라 상이 |
| 이온 | 이차이온 산란이온 | SMIS ISS | 50 ~ 300 Å 1 nm |
| 전자기장 (X선 제외) | 자외선,가시광선 적외선 | UV-Vis IR | 1µm 1µm |
분석깊이를 보면 XPS는 30 ~ 400µm 라고 규정하고 있습니다.
그 만큼 깊이 방향은 자신있다는 이야기입니다.
또한 원소 분석을 넘어서 결합에너지 (bonding energy) 분석이 가능합니다.
이걸 통해서 분자 또는 특정 결합의 분포 확인이 가능합니다.
분석결과
< XPS 결과>
X축은 binding enegy를 나타내며 이것으로 물질의 결합 구조 및 원자에 대해서 정성 가능하고
y축은 counts/s로 초당 나오는 특정 binding enegy의 강도를 측정합니다.
이를 통해 한 물질을 구성하는 원소 및 분자, 결합강도에 따라 정성 및 반정량이 가능합니다.
XPS 대표 분석물질
유,무기물, 결합물, 박막
분석 할수 있는 것들
- 고체 물질: 다양한 종류의 고체 물질이 XPS 분석에 사용됩니다. 이에는 금속, 반도체, 세라믹, 플라스틱, 유리 등이 포함됩니다. 특히, 표면에서의 화학적 상태나 오염물질, 결합 에너지 등을 분석하는 데 활용됩니다.
- 나노물질: XPS는 나노 물질의 표면 특성과 구조를 분석하는 데도 적용됩니다. 나노입자의 표면 층과 상호 작용, 화학적 특성 등을 조사하는 데 사용됩니다.
- 바이오물질: XPS는 생물학적 시료에서도 활용됩니다. 생체 재료나 바이오 물질의 표면 화학적 특성, 바이오막의 구조 및 상호 작용 등을 연구하는 데 사용됩니다.
- 촉매물질: 촉매 물질의 표면 구조와 화학적 성질을 연구하는 데에도 XPS가 사용됩니다. 촉매의 활성 부위나 표면 반응, 화학적 활성성 등을 조사하는 데 활용됩니다.
단위검출한계
단위: at%
시편규격
| 구분 | 내용 |
| 시편크기 | 5mm X 5mm X 1mm이상 ~ 50mm X 50mm X 4mm 미만 |
| 주의사항 | 1) 표면분석을 위해서 표면이 가공되지 않은 시편 필요(오염주의) 2) 분석 시편 두께 동일 지향, 최대한 작은 사이즈일 경우 원활한 분석 가능 3) 측정면과 바닥면은 평평해야함 |
장비이론
- X-선 광원: XPS 장비에는 높은 에너지의 X-선 광원이 포함되어 있습니다. 이 광원은 시료에 X-선을 조사하여 시료 표면에서 발생하는 광전자를 유도합니다.
- 분석 챔버: XPS 분석은 진공 상태에서 이루어지며, 분석을 수행하는 챔버(실)가 있습니다. 이 챔버는 진공을 유지하여 외부 환경의 영향을 배제하고 정확한 분석을 가능하게 합니다.
- 에너지 분석기: XPS에서 발생한 광전자의 에너지를 분석하는 데 사용됩니다. 에너지 분석기는 광전자의 에너지를 측정하여 각 원소의 화학적 상태를 파악하고 화학적 환경을 분석합니다.
- 검출 시스템: XPS 장비는 광전자를 감지하고 측정하기 위한 검출 시스템을 포함하고 있습니다. 이 시스템은 광전자의 발생과 감지를 담당하며, 측정된 데이터를 분석하여 시료의 화학적 구성을 결정합니다.
- 데이터 분석 소프트웨어: XPS 장비에는 측정된 데이터를 분석하고 해석하는 데 사용되는 소프트웨어가 포함되어 있습니다. 이 소프트웨어는 에너지 스펙트럼을 처리하고 각 광전자의 에너지를 분석하여 시료의 화학적 특성을 결정합니다.
각주
- Photoelectron(광전자)는 물질 표면에서 광자의 충격을 받아 발생하는 전자를 가리킵니다. ↩︎