– Metodkritik är en dygd inom forskning, men här tycks ett par generationer av forskare missat att vara kritiska till en metod med brister som faktiskt varit kända från början. Det innefattade länge även vår egen forskargrupp. Men nu hoppas vi att röntgenfotoelektronspektroskopi börjar användas med större eftertänksamhet, säger Grzegorz Greczynski, universitetslektor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet.Grzegorz Greczynski, universitetslektor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Foto Thor Balkhed
Tillsammans med Lars Hultman, professor vid samma institution, har Grzegorz Greczynski kunnat konstatera att tekniken röntgenfotoelektronspektroskopi, även kallat XPS, kan ge missvisande analyser på grund av en felaktig kalibreringsmetod. Resultaten är publicerade i tidskriften Scientific Reports.
Nobelprisvinnande mätteknik
XPS används för att analysera den kemiska sammansättningen i olika material. Det är en standardmetod inom materialvetenskapen och används i över 12 000 vetenskapliga artiklar årligen. Tekniken utvecklades till en användbar och kraftfull metod för kemisk analys på 1960-talet av Kai Siegbahn, professor vid Uppsala universitet, vilket senare gav honom 1981 års Nobelpris i fysik.
– Pionjärinsatsen bakom Nobelpriset ska inte ifrågasättas. När tekniken först utvecklades var felet jämförelsevis litet på grund av den tidens mera grovkalibrerade spektrometrar. Lars Hultman, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Foto Gonzalo IrigoyenMen på grund av den snabba utvecklingen av spektroskopi och spridning till flera vetenskapsdiscipliner har instrumenten förbättrats så till den grad att det underliggande felet fått en avgörande betydelse för framtida utveckling, säger Lars Hultman.
Enligt Linköpingsforskarna har den ursprungliga XPS-metoden missbrukats genom ett fatalt antagande vid en kalibreringsmetod som använder grundämnet kol för att kalibrera experimenten. Men det visar sig att kolbaserade kemiska föreningar, som naturligt kondenserar på de flesta prover och utnyttjas för kalibrering, ger upphov till mätsignaler som beror på omgivningen och det underlag de häftar vid. Därför finns ingen unik signal från kol och stora fel uppstår när ett mer eller mindre godtyckligt värde används som referens för att kalibrera mätinstrumentet.
Perfekt storm
Redan på 1970- och 80-talet kom kritik mot kalibreringsmetoden, men av någon anledning föll det i glömska och metoden blev standard. Enligt Lars Hultman är det en mängd olika faktorer som samspelar för att felen ska ha gått obemärkt förbi under nästan 40 år. Han menar bland annat att den dramatiska ökningen av tidskrifter som följt med de digitala publiceringsmöjligheterna spelar in så väl som bristande granskning.
– Förutom att ett snabbt växande antal forskare missat att vara kritiska verkar det också finnas en form av slapphet bland redaktörer och granskare för de vetenskapliga tidskrifter som accepterar att publicera uppenbart ofysikaliska tolkningar av data. Materialprover en i XPS spektrometer analyseras under ultrahögt vakuum. Ovanför proverna syns en del av linssystem som samlar fotoelektroner från provet. Foto Thor BalkhedDet kan liknas med en perfekt storm. Antagligen finns samma typ av problem med bristande metodkritik inom flera vetenskapliga discipliner, och det riskerar att på sikt skada vetenskapens trovärdighet, säger Lars Hultman.
Andra metoder
Grzegorz Greczynski hoppas att deras upptäckt dels ska göra att XPS-tekniken utvecklas vidare och dels bidra till ett mer kritiskt tankesätt inom forskarvärlden.
– Våra experiment visar att kalibreringsmetoden, som är enormt populär, leder till motsägande resultat och bör därför upphöra. Det finns olika alternativ som kan ge mer pålitlig mätkalibrering, men de kräver mer av användaren och en del behöver förfinas vidare. Det är samtidigt viktigt att uppmuntra till metodkritiska samtal i labbet, på utvecklingsavdelningen, eller seminariet, avslutar Grzegorz Greczynski.
Forskningen finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet, Energimyndigheten, Vinnova, Carl Tryggers Stiftelse och regeringens strategiska forskningsområdessatsning på Avancerade Funktionella Material vid Linköpings universitet (AFM).
Artikeln: The same chemical state of carbon gives rise to two peaks in X-ray photoelectron spectroscopy Grzegorz Greczynski och Lars Hultman Scientific Reports 2021 doi: 10.1038/s41598-021-90780-9
Fakta: Röntgenfotoelektronspektroskopi, eller XPS, går ut på att man bestrålar ett material med röntgenstrålar och drar nytta av den så kallade fotoelektriska effekten. När elektronerna i materialet träffas av ljuset kommer de exciteras och lämnar provet som fotoelektroner. Beroende på hur många fotoelektroner av en viss energi som registreras i mätinstrumentet går det alltså att avgöra vilka grundämnen materialet består av, hur de är kemiskt bundna och i vilka proportioner.
