Большинство явлений, применяемых в технике, определяются особенностями электронного строения атомов. Наибольшие возможности в таких исследованиях предоставляет электронная спектроскопия. Электронные спектры поглощения возникают в результате переходов электронов в возбужденные состояния и наблюдаются в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях электромагнитного излучения (таблица 1). Объекты исследования электронной спектроскопии могут находиться в любом состоянии: газы, жидкости, стекла, жидкие кристаллы, кристаллы, порошки.
Таблица №1. Длина волны электромагнитного излучения.
| Цвет (вид излучения) | Длина волны, нм |
|---|---|
| Инфракрасный | 1000 |
| Красный | 700 |
| Оранжевый | 620 |
| Желтый | 580 |
| Зеленый | 530 |
| Синий | 470 |
| Фиолетовый | 420 |
| Ультрафиолетовый | 300 |
Спектры поглощения в области 200–1000 нм исследуются при помощи приборов, основанных на оптическом методе разложения излучения. Эти приборы включают источник излучения, монохроматор (прибор для выделения узких интервалов длин волн), приемник излучения и регистрирующее устройство. Световой пучок из осветителя попадает в монохроматор через входную щель и разлагается дифракционной решеткой в спектр. Затем монохроматический поток излучения попадает на объект. Источниками излучения служат водородная лампа (200-350 нм) и лампа накаливания (350–1000 нм). В качестве приемников излучения используются фотоэлементы или фотоумножители. Упрощенная схема спектрофотометра представлена на рис. 1.
Изучение электронных спектров поглощения и испускания молекул в видимой области света позволило объяснить окраску веществ. Также они дают информацию об электронной структуре молекул, т.е. о распределении энергетических уровней и степени их заполнения. Анализ спектров создает основу для проверки и развития различных аспектов теории строения молекул и межмолекулярных взаимодействий. С помощью электронной спектроскопии химики решают множество практически важных задач. Это, прежде всего, идентификации веществ, их количественный и качественный анализ, определение состава смесей и др.
Рассмотрим метод электронной оже-спектроскопии – наиболее распространенный метод изучения поверхности. На рисунке 2 представлен фрагмент редуцированной электронной структуры атома. Если на атом направить пучок ускоренных электронов, то есть вероятность, что он выбьет электрон атома и образуется вакантное место (светлый кружок). На это место сразу перейдет электрон с вышележащего уровня и произойдет выделение энергии, равно разности энергий между этими уровнями. Далее может быть либо испущен фотон, либо эта энергия перейдет к другому электрону. Во втором случае произойдет ионизация еще одного уровня и испускание электрона, который и называется оже-электрон.
Эффект безрадиационного перехода впервые обнаружил в 1925 г. французский ученый Пьер Оже, в честь которого процесс и получил свое название. Термин «оже-процесс» связывается с любым возбуждением электрона, при котором возбуждающий электрон передает свою энергию вторичному электрону.