Proceso de absorción de rayos X del espectrómetro de absorción de rayos X de Radiación Sincrotrón del instrumento nacional de Ciencia y tecnología: cuando la energía de rayos X alcanza la energía de Unión de los electrones internos atómicos (como la capa K y la capa l), los electrones se estimulan a un Estado no ocupado o ionizan, formando un borde de absorción.
Espectrómetro de absorción de rayos X de Radiación SincrotrónIntroducción relevante:
1. principios básicos
Proceso de absorción de rayos x: cuando la energía de los rayos X alcanza la energía de Unión de los electrones internos del átomo (como la capa k, la capa l), los electrones se estimulan a Estados no ocupados o ionizados, formando un borde de absorción.
Características del borde de absorción:
Zona frontal fronteriza (pre - edge): una pequeña transición que refleja un Estado electrónico no ocupado (como la transición 1s → 3D de un metal de transición).
Borde de absorción: el estado continuo correspondiente a la transición de electrones a cerca del nivel de energía Fermi (como 1s → 4p).
Estructura cercana al borde (xanes, X - Ray Absorption near Edge structure): dentro de unos 50 EV detrás del borde, sensible a la estructura electrónica, el Estado de oxidación y la simetría de coordinación.
Borde extendido (exafs, extensión de la estructura fina de absorción de rayos x): una señal oscilante en un rango de energía más alto que refleja el tipo, la distancia, el número y el desorden de los átomos de coordinación.
2. ventajas de las fuentes de luz de Radiación Sincrotrón
Alto brillo: varios órdenes de magnitud más alto que las fuentes de rayos X convencionales, adecuado para la detección de señales débiles.
Espectro de energía ancha: energía ajustable continua (~ keV a mev), cubriendo el borde de absorción de elementos ligeros a elementos pesados.
Polarización: se puede estudiar la Dependencia de orientación de las muestras isotrópicas.
Alta directividad: reducir la divergencia del haz y mejorar la resolución.
3. componentes básicos del espectrómetro
Línea de haz (beamline):
Sistema óptico frontal: espejo de enfoque (como el espejo Kirkpatrick - baez), monocromador (comúnmente utilizado si (111) cristal) y supresión de ondas armoniosas.
Monocromador: selección de energía específica a través de la difracción de Praga (△ E / e a 10).
Entorno de la muestra: soporte para pruebas in situ a temperatura ambiente, baja temperatura, alta presión o reacciones químicas.
Detector:
Modo de transmisión: la Cámara de iones mide la luz incidente (i) y la luz transmitida (i).
Modo de fluorescencia (solución diluida o superficie): el detector de deriva de silicio (sdd) recoge la fluorescencia característica.
Modo de rendimiento electrónico: sensible a la superficie, para el estudio de películas o interfaces.
4. modo de adquisición de datos
Método de transmisión: adecuado para muestras de alta concentración o bloques (μt > 1, t es el espesor).
Método de fluorescencia: para muestras de baja concentración (como sitios metálicos en muestras biológicas).
Método de rendimiento electrónico: análisis de superficie o película delgada (profundidad de detección a nivel de nm).
5. procesamiento y análisis de datos
Análisis de xanes:
Posición de la energía lateral (desplazamiento químico): Estado de oxidación↑ → energía lateral↑ (por ejemplo, fe⁺ vs feò).
Intensidad de la línea blanca: refleja la densidad del estado vacío (como el relleno orbital 5d de pt).
Análisis exafs:
Transformación de fft: conversión de la señal oscilante X (k) a la función de distribución radial del espacio real (rdf).
Modelo de ajuste: ajuste de la distancia de coordinación (r), el número de coordinación (n) y el factor debay - Waller (sigma 2) a través de cálculos teóricos (como feff).
6. Áreas de aplicación
Ciencia de los materiales: estructura del centro activo del catalizador (como pilas de combustible PT / c), evolución de los Electrodos de la batería.
Ciencias ambientales: morfología química y mecanismos de migración de metales pesados (como, hg).
Bioquímica: centros activos de proteínas metálicas (como la fe en la hemoglobina).
Geoquímica: entorno local de elementos en minerales (como la coordinación de tierras raras).
7. precauciones
Preparación de la muestra: espesor uniforme (transmisión), evitar el efecto de autoabsorción (fluorescencia).
Daño por radiación: las muestras biológicas requieren protección a baja temperatura (como el enfriamiento por nitrógeno líquido).
Calibración energética: corregir el desplazamiento del monocromador a través de una muestra estándar, como una lámina metálica.
La Radiación Sincrotrón Xas se ha convertido en una herramienta indispensable en la investigación multidisciplinaria debido a su especificidad elemental, sensibilidad local y no destructiva.