Rentgenová absorpční spektroskopie - X-ray absorption spectroscopy

Obrázek 1: Přechody, které přispívají k hranám XAS
Obrázek 2: Tři oblasti dat XAS pro K-edge

rentgen absorpční spektroskopie (XAS) je široce používaná technika pro určování místní geometrické a / nebo elektronické struktury hmoty.[1] Experiment se obvykle provádí v synchrotronové záření zařízení, která poskytují intenzivní a laditelné rentgen paprsky. Vzorky mohou být v plynné fázi, roztoky nebo pevné látky.[2]

Pozadí

Data XAS se získávají vyladěním foton energie,[3] pomocí krystalického monochromátoru do rozsahu kde jádrové elektrony může být vzrušený (0,1-100 keV). Okraje jsou zčásti pojmenovány elektronem jádra, který je buzen: the hlavní kvantová čísla n = 1, 2 a 3, odpovídají K-, L- a M-hranám.[4] Například excitace elektronu 1 s nastává na Malá kotva, zatímco k excitaci elektronu 2s nebo 2p dochází při Římsa (Obrázek 1).

Na spektru generovaném daty XAS se nacházejí tři hlavní oblasti, které jsou poté považovány za samostatné spektroskopické techniky (obrázek 2):

  1. The práh absorpce určeno přechodem do nejnižších neobsazených států:
    1. státy na Fermiho úroveň v kovech poskytujících "vzestupnou hranu" s tečna oblouku tvar;
    2. the vázané jádrové excitony v izolátorech s a Lorentzian tvar čáry (vyskytují se v oblasti před hranou při energiích nižších než přechody na nejnižší neobsazenou úroveň);
  2. Struktura blízké hrany absorpce rentgenových paprsků (XANES ) představený v roce 1980 a později v roce 1983, nazývaný také NEXAFS (Near-edge X-ray Absorption Fine Structure), kterým dominují přechody jádra do kvazi vázaných stavů (vícenásobné rozptylové rezonance) 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;
  3. V rozsahu vysoké kinetické energie fotoelektronu je rozptylový průřez se sousedními atomy slabý a absorpčnímu spektru dominují EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure), kde se rozptyl vysunul fotoelektron sousedních atomů lze aproximovat pomocí jediného rozptylu. V roce 1985 se ukázalo, že k interpretaci obou lze použít vícenásobnou teorii rozptylu XANES a EXAFS; proto se nyní nazývá experimentální analýza zaměřená na oba regiony XAFS.

XAS je typ absorpční spektroskopie z počátečního stavu jádra s dobře definovanou symetrií; proto kvantově mechanické pravidla výběru vyberte 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 přechodem jádra z 1s → p-podobných konečných stavů, zatímco nejintenzivnější rysy L3-edge jsou výsledkem 2p → d-like final state.

Metodiku XAS lze široce rozdělit do čtyř experimentálních kategorií, které si navzájem mohou poskytnout doplňující výsledky: kovová hrana K., kovová L-hrana, ligand K-hrana a EXAFS.

Nejviditelnějším způsobem mapování heterogenních vzorků nad rentgenový absorpční kontrast je prostřednictvím elementární analýzy rentgenovou fluorescencí, podobně jako metody EDX v elektronové mikroskopii.[5]

Aplikace

XAS je technika používaná v různých vědeckých oborech včetně molekulární a fyzika kondenzovaných látek, věda o materiálech a inženýrství, chemie, věda o Zemi, a biologie. Zejména jeho jedinečná citlivost na místní strukturu ve srovnání s rentgenová difrakce, byly využívány ke studiu:

Viz také

Reference

  1. ^ „Úvod do rentgenové absorpční jemné struktury (XAFS)“, Rentgenová absorpční spektroskopie pro chemické a materiálové vědy, Chichester, Velká Británie: John Wiley & Sons, Ltd, s. 1–8, 24. 11. 2017, doi:10.1002 / 9781118676165.ch1, ISBN  978-1-118-67616-5, vyvoláno 2020-09-28
  2. ^ Yano J, Yachandra VK (4. 8. 2009). "Rentgenová absorpční spektroskopie". Fotosyntetický výzkum. 102 (2–3): 241–54. doi:10.1007 / s11120-009-9473-8. PMC  2777224. PMID  19653117.
  3. ^ Popmintchev, Dimitar; Galloway, Benjamin R .; Chen, Ming-Chang; Dollar, Franklin; Mancuso, Christopher A .; Hankla, Amelia; Miaja-Avila, Luis; O’Neil, Galen; Shaw, Justin M .; Fan, Guangyu; Ališauskas, Skirmantas (01.03.2018). „Rentgenová absorpce blízké a rozšířené hrany s jemnou strukturou spektroskopie pomocí ultrarychlé koherentní harmonické superkontinuity vysokého řádu“. Dopisy o fyzické kontrole. 120 (9). doi:10.1103 / physrevlett.120.093002. ISSN  0031-9007.
  4. ^ Kelly SD, Hesterberg D, Ravel B (2015). „Analýza zemin a minerálů pomocí rentgenové absorpční spektroskopie“. Metody analýzy půdy Část 5 - Mineralogické metody. John Wiley & Sons, Ltd. str. 387–463. doi:10.2136 / sssabookser5.5.c14. ISBN  978-0-89118-857-5. Citováno 2020-09-24.
  5. ^ Evans, Johne. Rentgenová absorpční spektroskopie pro chemické a materiálové vědy (První vydání). Hoboken, NJ. ISBN  978-1-118-67617-2. OCLC  989811256.

externí odkazy