Rentgenová absorpční spektroskopie - X-ray absorption spectroscopy
Rentgenová absorpční spektroskopie (XAS) je široce používanou technikou pro určení místní geometrické a / nebo elektronické struktury hmoty. Experiment se obvykle provádí v zařízeních synchrotronového záření , která poskytují intenzivní a laditelné rentgenové paprsky. Vzorky mohou být v plynné fázi, roztoky nebo pevné látky.
Pozadí
Data XAS se získávají naladěním energie fotonu pomocí krystalického monochromátoru na rozsah, ve kterém mohou být excitovány jádrové elektrony (0,1-100 keV). Okraje jsou zčásti pojmenovány elektronem jádra, který je buzen: hlavní kvantová čísla n = 1, 2 a 3 odpovídají hranám K-, L- a M. Například excitace elektronu 1 s nastává na okraji K , zatímco excitace elektronu 2 s nebo 2 p nastává na okraji L (obrázek 1).
Na spektru generovaném daty XAS se nacházejí tři hlavní oblasti, které jsou poté považovány za samostatné spektroskopické techniky (obrázek 2):
- Prahová hodnota absorpce určena přechodem na nejbližší neobsazené stavy:
- stavy na Fermiho úrovni v kovech, které dávají „vzestupnou hranu“ s obloukovým tangensovým tvarem;
- jsou vázané jádro excitony v izolátory s Lorentzian linie tvaru (v jakém se vyskytují v oblasti předem hrany na energie nižší než přechody na nejnižší neobsazeného úrovni);
- X-ray Absorption Near-Edge Structure ( XANES ) zavedený v roce 1980 a později v roce 1983, nazývaný také NEXAFS (Near-edge X-ray Absorption Fine Structure), kterému dominují základní přechody do kvazi vázaných stavů (více rozptylových rezonancí) pro fotoelektrony s kinetickou energií v rozmezí od 10 do 150 eV nad chemickým potenciálem, nazývané „tvarové rezonance“ v molekulárním spektru, protože jsou výsledkem konečných stavů krátké doby života degenerovaných kontinuem s tvarem čáry Fano. V tomto rozsahu jsou relevantní multi-elektronová excitace a konečné stavy mnoha těl v silně korelovaných systémech;
- V rozsahu vysoké kinetické energie fotoelektronu je průřez rozptylu se sousedními atomy slabý a absorpčnímu spektru dominuje EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure), kde může být rozptyl vysunutého fotoelektronu sousedních atomů lze aproximovat jednorázovými rozptylovými událostmi. V roce 1985 se ukázalo, že k interpretaci XANES i EXAFS lze použít vícenásobnou teorii rozptylu ; proto se nyní experimentální analýza zaměřená na obě oblasti nazývá XAFS .
XAS je typ absorpční spektroskopie z počátečního stavu jádra s dobře definovanou symetrií; proto pravidla kvantové mechanické volby vybírají symetrii konečných stavů v kontinuu, které jsou obvykle směsí více složek. Nejintenzivnější vlastnosti jsou způsobeny přechodem povoleným elektrickým dipólem (tj. Δℓ = ± 1) do neobsazených konečných stavů. Například nejintenzivnější rysy K-hrany jsou způsobeny jádrovými přechody z koncových stavů podobných 1 s → p, zatímco nejintenzivnější rysy hrany L 3 jsou kvůli konečným stavům podobným 2p → d.
Metodiku XAS lze široce rozdělit do čtyř experimentálních kategorií, které si navzájem mohou poskytnout doplňkové výsledky: kovový K-okraj , kovový L-okraj , ligand K-okraj a EXAFS.
Nejviditelnějším způsobem mapování heterogenních vzorků nad rentgenový absorpční kontrast je prostřednictvím elementární analýzy rentgenovou fluorescencí, podobně jako metody EDX v elektronové mikroskopii.
Aplikace
XAS je technika používaná v různých vědeckých oborech, včetně fyziky molekulárních a kondenzovaných látek , vědy o materiálech a inženýrství , chemie , vědy o Zemi a biologie . Zejména jeho jedinečná citlivost na místní strukturu, ve srovnání s rentgenovou difrakcí , byla využívána pro studium:
- Amorfní pevné a kapalné systémy
- Pevné řešení
- Dopingové a iontové implantační materiály pro elektroniku
- Místní zkreslení krystalových mřížek
- Organokovové sloučeniny
- Metaloproteiny
- Kovové shluky
- Katalýza
- Vibrační dynamika
- Ionty v řešeních
- Specifikace prvků
- Kapalná voda a vodné roztoky
- Používá se k detekci zlomeniny kostí
- Používá se ke stanovení koncentrace jakékoli kapaliny v jakékoli nádrži
Viz také
Reference
externí odkazy
- Zhang M (15. srpna 2020). „XANES - teorie“ . Projekt LibreTexts .
- Newville M (25. července 2008). „Základy XAFS“ (PDF) . Chicago, IL: University of Chicago.