Performance of XPS analysis of model biochemical compounds

¹ Unité de chimie des interfaces, université catholique de Louvain, place Croix-du-Sud 2/18, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium.

Abstract

The performance of the XPS analysis of the chemical functions of biosurfaces has been assessed by examining model biochemical compounds (homopeptides, glucose related compounds,...). The components of the C_1s, O_1s and N_1s peaks may be attributed to classes of chemical functions. The FWHM of the components is controlled by sample charging heterogeneity and the same FWHM can usually be used for the different components of a given peak. The reproducibility of the binding energy (same function, different compounds) is better than 0.15 eV for most of chemical functions. The repeatability of the concentration ratios (same compound) is within a few percent. Internal consistency is demonstrated by the agreement between atom concentration ratios deduced from total intensities, on the one hand, and relative intensities of the C^1s components, on the other hand. A chemical composition in the range C₁₅H_26-30O_4-6 is representative of common contamination overlayers. Modelling the effect of surface contamination overlayers indicate that the underestimation of O/C and N/C due to contamination is practically compensated by neglecting the kinetic energy dependence of the transmission function of the SSX-100 spectrometer. The accuracy of the O/C and N/C atom concentration ratiO1s (underestimation of about 10 %) is within the range of the precision obtained when the whole set of model compounds is taken into consideration.

Résumé

On a évalué les performances de l'analyse XPS des fonctions chimiques de biosurfaces en analysant des composés biochimiques modèles (homopeptides, composés apparentés au glucose,...). Les composantes des pics C_1s, O_1s, et N_1s peuvent être attribuées à des catégories de fonctions chimiques. La largeur à mi-hauteur des composantes est déterminée par l'hétérogénéité de la charge électrique sur l'échantillon et une valeur identique peut généralement être utilisée pour les différentes composantes d'un même pic. La reproductibilité de l'énergie de liaison (même fonction, substances différentes) est meilleure que 0.15 eV pour la plupart des fonctions chimiques étudiées. La répétabilité des rapports de concentration atomique (même substance) reste dans une gamme de quelques pourcents de variation. La cohérence interne des résultats est démontrée par l'accord entre les rapports de concentration atomique déduits de l'intensité totale des pics, d'une part, et des intensités relatives des composantes du C_1s, d’autre part. La composition caractéristique des couches de contamination courantes se trouve dans la gamme C₁₅P_26-30O_4-6. La modélisation des effets de la couche de contamination de surface indique que la sous-estimation des rapports O/C et N/C qui lui est due est pratiquement compensée lorsqu'on néglige la dépendence de la fonction de transmission du spectromètre SSX-100 vis-à-vis de l'énergie cinétique des photo-électrons. L'exactitude des rapports de concentration atomique O/C et N/C (sous-estimés d'environ 10%) est dans la gamme de la précision obtenue en considérant l’ensemble des substances modèles.