Rozšířená rentgenová absorpční jemná struktura - Extended X-ray absorption fine structure

Tři oblasti dat XAS

Rozšířená rentgenová absorpční jemná struktura (EXAFS), spolu s rentgenovou absorpcí blízko okrajové struktury (XANES ), je podmnožinou rentgenové absorpční spektroskopie (XAS ). Jako ostatní absorpční spektroskopie Následují techniky XAS Pivní zákon. The rentgen absorpční koeficient materiálu jako funkce energie se získá pomocí rentgenových paprsků s úzkým energetickým rozlišením, které jsou namířeny na vzorek a dopadající a přenášená rentgenová intenzita se zaznamená jako přírůstek dopadající rentgenové energie.

Když se dopadající rentgenová energie shoduje s vazebná energie z elektron atomu ve vzorku se dramaticky zvyšuje počet rentgenových paprsků absorbovaných vzorkem, což způsobuje pokles intenzity přenášeného rentgenového záření. Výsledkem je absorpční hrana. Každý prvek má sadu jedinečných absorpčních hran, které odpovídají různým vazebným energiím jeho elektronů, což dává selektivitu prvku XAS. XAS spektra se nejčastěji shromažďují v synchrotrony vzhledem k vysoké intenzitě synchrotronových rentgenových zdrojů umožňují, aby koncentrace absorbujícího prvku dosáhla až několika málo dílů na milion. Absorpce by byla nezjistitelná, pokud je zdroj příliš slabý. Protože rentgenové paprsky velmi pronikají, mohou být vzorky XAS plyny, pevné látky nebo kapaliny.

Pozadí

EXAFS spektra jsou zobrazeny jako grafy absorpčního koeficientu daného materiálu versus energie, obvykle v rozmezí 500 - 1000 eV rozsah začínající před absorpční hrana prvku ve vzorku. Koeficient absorpce rentgenového záření je obvykle normalizován na jednotkovou výšku kroku. To se provádí regresí čáry do oblasti před a za absorpční hranou, odečtením linie před okrajem od celého souboru dat a dělením výškou kroku absorpce, která je určena rozdílem mezi před hranou a hranové čáry na hodnotě E0 (na absorpční hraně).

Normalizovaná absorpční spektra se často nazývají XANES spektra. Tato spektra lze použít ke stanovení průměrného oxidačního stavu prvku ve vzorku. Spektra XANES jsou také citlivá na koordinační prostředí absorbujícího atomu ve vzorku. K porovnání XANES spekter neznámého vzorku s těmi známých „standardů“ byly použity metody otisku prstu. Lineární kombinační přizpůsobení několika různých standardních spekter může poskytnout odhad množství každého ze známých standardních spekter v neznámém vzorku.

Rentgenová absorpční spektra jsou vytvářena v rozmezí 200 - 35 000 eV. Dominantním fyzickým procesem je proces, při kterém absorbovaný foton vysune jádro fotoelektron z absorbujícího atomu a zanechal za sebou jádrový otvor. Atom s jádrovým otvorem je nyní vzrušený. Energie vysunutého fotoelektronu se bude rovnat energii absorbovaného fotonu minus vazebná energie počátečního stavu jádra. Vysunutý fotoelektron interaguje s elektrony v okolních nevybuzených atomech.

Pokud je vysunutý fotoelektron považován za mávat - jako příroda a okolní atomy jsou popsány jako bodové rozptyly, je možné si představit zpětně rozptýlen elektronové vlny interferující s dopředu se šířícími vlnami. Výsledný interferenční vzor se zobrazí jako a modulace měřeného absorpčního koeficientu, což způsobí oscilaci ve spektrech EXAFS. Pro interpretaci spekter EXAFS se již mnoho let používá zjednodušená teorie s jediným rozptylem rovinných vln, ačkoli moderní metody (jako FEFF, GNXAS) ukázaly, že nelze opomenout korekce zakřivených vln a efekty vícenásobného rozptylu. Amplituda rozptylu fotelektronu v nízkoenergetickém rozsahu (5–200 eV) kinetické energie fotoelektronu se stává mnohem větší, takže se v XANES (nebo NEXAFS) spektra.

The vlnová délka fotoelektronu závisí na energii a fázi zpětně rozptýlené vlny, která existuje na centrálním atomu. Vlnová délka se mění v závislosti na energii přicházejícího fotonu. The fáze a amplituda zpětně rozptýlené vlny závisí na typu atomu provádějícího zpětný rozptyl a vzdálenosti atomu zpětného rozptylu od centrálního atomu. Závislost rozptylu na atomových druzích umožňuje získat informace týkající se chemického koordinačního prostředí původního absorbujícího (centrálně excitovaného) atomu analýzou těchto dat EXAFS.

Experimentální úvahy

Protože EXAFS vyžaduje laditelný rentgenový zdroj, data jsou vždy shromažďována na synchrotrony, často v paprskové linie které jsou speciálně optimalizovány pro daný účel. Užitečnost konkrétního synchrotronu ke studiu konkrétní pevné látky závisí na jas rentgenového toku na absorpčních hranách příslušných prvků.

Aplikace

XAS je interdisciplinární technika a její jedinečné vlastnosti ve srovnání s rentgenovou difrakcí byly využity k pochopení podrobností místní struktury v:

Příklady

EXAFS je, jako XANES, vysoce citlivá technika s elementární specificitou. Jako takový je EXAFS extrémně užitečným způsobem, jak určit chemický stav prakticky důležitých druhů, které se vyskytují ve velmi malém množství nebo koncentraci. K častému používání EXAFS dochází v chemie životního prostředí, kde se vědci snaží pochopit šíření znečišťující látky přes ekosystém. EXAFS lze použít společně s hmotnostní spektrometrie akcelerátoru v forenzní zkoušky, zejména v jaderný nešíření aplikace.

EXAFS byl použit ke studiu uran chemie v sklenka.[1]

Dějiny

Poskytuje velmi podrobný, vyvážený a informativní popis historie EXAFS (původně nazývané Kosselovy struktury) R. Stumm von Bordwehr.[2]Modernější a přesnější popis historie XAFS (EXAFS a XANES) uvádí vedoucí skupiny, která vyvinula moderní verzi EXAFS v přednášce o ocenění Edwarda A. Sterna.[3]

Viz také

Reference

  1. ^ Biwer, B. M .; Soderholm, L .; Greegor, R. B .; Lytle, F. W. (1996-12-31). „Speciace aktinidů ve skleněných výluzích: studie EXAFS“. OSTI  459339. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  2. ^ Bordwehr, R. Stumm von (1989). "Historie rentgenové absorpce jemné struktury". Annales de Physique. 14 (4): 377–465. doi:10.1051 / anphys: 01989001404037700. ISSN  0003-4169.
  3. ^ Stern, Edward A. (2001-03-01). "Hlášení o vývoji XAFS". Journal of Synchrotron Radiation. 8 (2): 49–54. doi:10.1107 / S0909049500014138. ISSN  0909-0495. PMID  11512825.

Bibliografie

Knihy

  • Calvin, Scott. (2013-05-20). XAFS pro každého. Furst, Kirin Emlet. Boca Raton. ISBN  9781439878637. OCLC  711041662.
  • Bunker, Grant, 1954- (2010). Úvod do XAFS: praktický průvodce spektroskopií jemné struktury absorpce rentgenových paprsků. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN  9780511809194. OCLC  646816275.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  • Teo, Boon K. (1986). EXAFS: Základní principy a analýza dat. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN  9783642500312. OCLC  851822691.
  • Rentgenová absorpce: principy, aplikace, techniky EXAFS, SEXAFS a XANES. Koningsberger, D. C., Prins, Roelof. New York: Wiley. 1988. ISBN  0471875473. OCLC  14904784.CS1 maint: ostatní (odkaz)

Knižní kapitoly

Doklady

externí odkazy