Espectroscòpia d'absorció de rajos X
La espectroscòpia d'absorció de rajos X (XAS) és una tècnica àmpliament utilisada per a determinar l'estructura geomètrica i/o electrònica local de la matèria.[1] L'experiment generalment es realisa en instalacions de radiació de sincrotrón, que proporcionen fas de rajos X intensos i sintonisables. Les mostres poden estar en fase gaseosa, solucions o sòlits.[2]
Trasfondo
[editar | editar còdic]Les senyes XAS s'obtenen ajustant l'energia del fotó,[3] usant un monocromador cristalí, a un ranc a on els electrons interns poden ser excitats (0.1-100 keV). Les vores es denominen, en part, per l'electró del núcleu que s'excita: els números quàntics principals n = 1, 2 i 3 corresponen als brodes K, L i M, respectivament.[4] Per eixemple, l'excitació d'un electró 1s ocorre en el brode K, mentres que l'excitació d'un electró 2s o 2p ocorre en un brode L.
Hi ha tres regions principals que es troben en un espectre generat per senyes XAS que després es consideren tècniques espectroscópicas separades:
- El llindar d'absorció determinat per la transició als estats desocupados més baixos:
- Els estats en el nivell de Fermi en metals donant un "vora ascendent" en forma d'arc tangente
- Els excitones del núcleu enllaçat en aisladores en forma de llínea lorentziana (ocorren en una regió prèvia a la vora a energies més baixes que les transicions al nivell desocupado més baix)
- L'estructura de vora propenca d'absorció de rajos X (XANES), introduïda en 1980 i posteriorment en 1983 i també cridada NEXAFS (estructura fina d'absorció de rajos X de vora propenca), que està dominada per transicions centrals a estats casi lligats (resonàncies de dispersió múltiple) per a fotoelectrones en energia cinètica en el ranc de 10 a 150 eV per damunt del potencial químic, cridades "resonàncies de forma" en espectres moleculars, ya que es deuen a estats finals de vida curta degenerados en el continu en la forma de llínea de Fano. En este ranc són rellevants les excitació multielectrónicas i els estats finals de molts cossos en sistemes fortament correlacionados;
- En el ranc d'alta energia cinètica del fotoelectrón, la secció travessera de dispersió en els àtoms veïns és dèbil i els espectres d'absorció estan dominats per EXAFS (estructura fina d'absorció de rajos X estesa), a on la dispersió del fotoelectrón expulsat dels àtoms veïns pot aproximar-se per mig d'events de dispersió únics. En 1985, es va demostrar que la teoria de dispersió múltiple es pot utilisar per a interpretar tant XANES com EXAFS; per lo tant, l'anàlisis experimental centrat en abdós regions ara es diu XAFS.
La XAS és un tipo d'espectroscòpia d'absorció d'un estat inicial central en una simetria ben definida; en conseqüència, les regles de selecció de la mecànica quàntica seleccionen la simetria dels estats finals en el continu, que solen ser una mescla de múltiples components. Les característiques més intenses es deuen a les transicions permeses pel dipol elèctric (és dir, Δℓ = ± 1) a estats finals desocupados. Per eixemple, les característiques més intenses d'una vora K es deuen a les transicions centrals de 1s → estats finals tipo p, mentres que les característiques més intenses de la vora L3 es deuen a estats finals 2p → tipo d.
La metodologia XAS es pot dividir àmpliament en quatre categories experimentals que poden donar resultats complementaris entre sí: metal K-edge, metal L-edge, ligand K-edge i EXAFS.
El mig més obvi per a mapear mostres heterogénees més allà del contrast d'absorció de rajos X és a través de l'anàlisis elemental per fluorescència de rajos X, similar als métodos EDX en microscopía electrònica.[5]
Aplicacions
[editar | editar còdic]La XAS és una tècnica utilisada en diferents camps científics, inclosa la física molecular i de matèria condensada,[6][7][8] ciència i ingenieria de materials, química, ciències de la terra i biologia. En particular, la seua sensibilitat única a l'estructura local, en comparació a la difracció de rajos X, s'ha aprofitat per a estudiar:
- Sòlits amorfos i sistemes líquits
- Solucions sòlides
- Materials de dopage i implantació de ions para electrònica
- Distorsió locals de rets cristalines.
- Composts organometálicos
- Metaloproteínas
- Arracades de metal
- Catálisis
- Ions en soluciones
- Especiación d'elements
- Aigua líquida i solucions acuosas
- S'utilisa per a detectar fractures òssees.
- S'utilisa per a determinar la concentració de qualsevol líquit en qualsevol tanc.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ (2017-11-24) Introduction to X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS) (en en), John Wiley & Sons, Ltd, pp. 1–8. doi:10.1002/9781118676165.ch1. ISBN 978-1-118-67616-5.
- ↑ Photosynthesis Research.102(2–3)
- 241–54.doi:10.1007/s11120-009-9473-8.
- ↑ Physical Review Letters.120(9)
- 093002.doi:10.1103/PhysRevLett.120.093002.
- ↑ Kelly, S. D.; Hesterberg, {{{nom2}}}; Ravel, {{{nom3}}} (2015-10-26). Analysis of Soils and Minerals Using X-ray Absorption Spectroscopy, American Society of Agronomy and Soil Science Society of America, pp. 387–463. doi:10.2136/sssabookser5.5.c14. ISBN 978-0-89118-857-5.
- ↑ Evans, John, June 2- (2018). X-ray absorption spectroscopy for the chemical and materials sciences, First edition edició. OCLC 989811256. ISBN 978-1-118-67617-2.
- ↑ Tangcharoen, T., Klysubun, W., Kongmark, C., & Pecharapa, W. (2014). Synchrotron X‐ray absorption spectroscopy and magnetic characteristics studies of metal ferrites (metal= Ni, Mn, Cu) synthesized by sol–gel auto‐combustion method. Physica Status Solidi A, 211(8), 1903-1911.https://doi.org/10.1002/pssa.201330477
- ↑ Tangcharoen, Thanit, Wantana Klysubun, and Chanapa Kongmark. "Synchrotron X-ray absorption spectroscopy and cation distribution studies of NiAl2O4, Com2O4, and ZnAl2O4 nanoparticles synthesized by sol-gel auto combustion method." Journal of Molecular Structure 1182 (2019): 219-229.https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.01.049
- ↑ Rawat, Pankaj Singh, R. C. Srivastava, Gagan Dixit, and K. Asokan. "Structural, functional and magnetic ordering modifications in graphene oxide and graphite by 100 MeV gold ion irradiation." Vacuum 182 (2020): 109700.https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700
- Este artícul conté una traducció derivada de «Espectroscopia de absorción de rayos X» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.