¿Cuáles son los usos de la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X?

  • 17/01/2023
Kratos Analytical

¿Cuáles son los usos de la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X?

Nuestra representada en España Kratos Analytical Ltd es líder mundial en el desarrollo y aplicación de la Espectroscopia XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) para el análisis de las propiedades superficiales de un amplio abanico de materiales que encontramos cada vez con más asiduidad en nuestra rutina diaria. Igualmente la Espectrometría de masas MALDI (Matrix Associated Laser Desorption and Ionisation) desarrollada por Kratos ha sido reconocida como puntera en su desarrollo y aplicación en el análisis de biomoléculas y, más recientemente, en el diagnóstico in-vitro.

XPS en la academia y la industria

Un espectrómetro de fotoelectrones de rayos X es un equipo impresionante. La energía relativamente baja de los fotoelectrones detectados dicta que los experimentos se realicen en un vacío ultra alto. El espectrómetro generalmente se construye con componentes de acero inoxidable hechos a medida, con una serie de bombas para crear y mantener el vacío. Al combinar esto con las fuentes de excitación, el analizador de energía de fotoelectrones de gran tamaño y las unidades de control electrónico asociadas, se crea un instrumento que a menudo dominará el espacio de un laboratorio.

Sin embargo, las capacidades y aplicaciones de un espectrómetro moderno son verdaderamente impresionantes. 

XPS es una técnica sensible a la superficie, que normalmente sondea los 10 nm superiores del material bajo investigación. También es una técnica cuantitativa, que proporciona detalles elementales y químicos. 

Con la capacidad de generación de imágenes XPS, esto se puede ampliar para probar la distribución de la química en la superficie. Las imágenes pueden tener más de decenas de milímetros o un par de cientos de micras con una resolución espacial de unas pocas micras.

Impresionante y con capacidades analíticas útiles, pero ¿como se utiliza XPS para la caracterización de materiales? Esta es la pregunta que planteamos a nuestros usuarios académicos e industriales.

 El Dr. Mark Biesinger es el director de Surface Science Western (SSW), la principal instalación de análisis de superficies y caracterización de materiales de Canadá ubicada en la Universidad de Western en London, Ontario. Él explica: 'Uso nuestros dos instrumentos Kratos XPS para clientes industriales y académicos. Londres tiene fuertes lazos con la energía, la automoción y otros sectores manufactureros, además de ser un importante centro de investigación médica. Canadá también tiene un sector de recursos minerales muy fuerte. El trabajo de SSW tiende a centrarse en la investigación y los problemas de estas industrias. 

Usamos XPS para analizar elementos tales como fallas de adhesión, problemas de contaminación de la superficie, problemas de corrosión y degradación del material

 

 

El Dr. Stuart Leadley describe algunas de las muestras analizadas en la organización de ciencia analítica de Dow ubicada en Dow Silicones Bélgica. Él comenta: 'Usamos nuestro instrumento XPS para comprender diferentes fenómenos relacionados con la superficie. Los ejemplos incluyen:

" la deposición de materiales sobre diferentes superficies, como muestras de cabello después del tratamiento con champú y acondicionador. Comprender las causas fundamentales de la pérdida de adherencia o la contaminación de la superficie. Segregación superficial de constituyentes en formulaciones de adhesivos y pinturas. Cambios en la composición elemental superficial de los materiales catalizadores"

La última generación de espectrómetros de fotoelectrones es el resultado de décadas de desarrollo de hardware. 

Instrumentos como el AXIS Supra +están completamente automatizados, lo que significa que se pueden diseñar experimentos complejos y dejarlos funcionando sin supervisión.

 

El Dr. Josh Lipton-Duffin, que trabaja en el Instituto para el Medio Ambiente Futuro (IFE) de la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT), destaca que

"Nuestro Supra se utiliza para una amplia gama de muestras diferentes: QUT tiene fortalezas de investigación reales en materia blanda, biofabricación y tecnología de dispositivos, por lo que tendemos a ver muchos polímeros hechos a medida, materiales de impresión 3D y muchas películas delgadas y compuestos en capas."

 El instrumento funciona prácticamente las 24 horas del día, y la mayoría de los usuarios dominan el software de adquisición ESCApe lo suficientemente bien como para saber cómo cargar y enviar sus muestras sin perturbar las ejecuciones del usuario anterior.' 

El Dr. James McGettrick, becario de transferencia de tecnología en SPECIFIC Project en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Swansea, tiene experiencias similares en el uso de su instrumento. 'Mi jefe me dijo una cosa cuando compramos el XPS en Swansea: "Esto tiene que ser algo que podamos usar para todos en la Universidad" y la gama de muestras lo refleja:

"huesos, cables de alimentación corroídos, rocas, catalizadores. El instrumento en sí, funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana con espectros de superficie principalmente durante la semana y perfiles de profundidad la mayoría de los fines de semana. Aunque mi propio trabajo se centra en los materiales fotovoltaicos (perovskita, fotovoltaica orgánica y materiales semiconductores en particular), formamos parte de un departamento de ingeniería de materiales con un sólido historial de trabajo con acero y estudio de la electroquímica de la corrosión."

La aplicación de la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X y, de manera más general, el análisis de superficies para caracterizar materiales avanzados es considerable. 

Como han asegurado los usuarios de los instrumentos XPS, es una de las principales herramientas analíticas que se encuentran en los laboratorios de caracterización de materiales tanto académicos como industriales. La capacidad de proporcionar información elemental y química de las capas más externas de los átomos de la superficie es fundamental para comprender y desarrollar el uso y la aplicación de todos los materiales modernos.

Áreas de aplicación

2D y nanomateriales
Adhesión
Baterías y almacenamiento de energía
Biomateriales
Catalizadores y productos petroquímicos
Celulosa
Revestimientos y películas finas
Líquidos iónicos
Polímeros
Espectromicroscopía
Utilización de fuentes de excitación de alta energía

Más información de Kratos en nuestra web y nuestro servicio comercial.

Bibliografia

-Kratos
-APA. Kratos Analytical, Ltd. (18 de julio de 2022). ¿Cuáles son los usos de la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X?. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=21845

 

 


Etiquetas: Adhesión, almacenamiento , Alta Energía, Alta presión, Análisis, Automático, Automatizado, Baterías , Biomateriales, Celulosa, Control calidad, energía , Espectromicroscopía, excitación, fotoelectrones , Instrumentación industrial, laboratorio, nanomateriales, petroquímicos, Planta producción, Polímeros, rayosX, Revestimientos, XPS

Categorías

Etiquetas