مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطول الموجي

تُنتَج الأشعة السينية عندما يُحرِّر شعاع إلكتروني ذو طاقة كافية إلكترونًا من مدار داخلي في ذرة أو أيون، مُحدثًا فراغًا. يُملأ هذا الفراغ عندما يُحرِّر إلكترون من مدار أعلى طاقةً ويهبط ليحل محل الإلكترون المُحرَّر. يُعدُّ فرق الطاقة بين المدارين سمةً مميزةً للتوزيع الإلكتروني للذرة أو الأيون، ويمكن استخدامه لتحديد نوع الذرة أو الأيون. ^{[ 1 ]}

لا تحتوي العناصر الأخف وزناً، مثل الهيدروجين والهيليوم والليثيوم والبريليوم حتى العدد الذري 5، على إلكترونات في مداراتها الخارجية لتحل محل الإلكترون الذي أزاحه شعاع الإلكترون ، وبالتالي لا يمكن الكشف عنها باستخدام هذه التقنية. ^{[ 2 ]}

وفقًا لقانون براغ ، عندما يصطدم شعاع من الأشعة السينية بطول موجي "λ" بسطح بلورة بزاوية "θ"، وكانت مستويات الشبكة الذرية في البلورة تفصل بينها مسافة "d"، فإن التداخل البنّاء سيؤدي إلى انبعاث حزمة من الأشعة السينية المنحرفة من البلورة بزاوية "θ" إذا

2d sin θ = nλ ,

حيث n عدد صحيح يساوي قمة الحيود من الرتبة n التي تم اكتشافها. ^{[ 1 ]}

عمليًا، تُستخدم زاوية براغ لذروة حيود الرتبة الأولى، لأنها تتميز بأعلى شدة وإشارة، مما يعني أن n = 1 وفقًا لقانون براغ، وبالتالي يتم حذف n فعليًا من المعادلة. تُستخدم زاوية براغ وشدة ذروة الرتبة الثانية لتأكيد ذروة الرتبة الأولى أو في حال تداخل ذروات عناصر أخرى معها.

هذا يعني أن بلورة ذات حجم شبكي معروف ستحرف حزمة من الأشعة السينية من نوع معين من العينات بزاوية محددة مسبقًا. ويمكن قياس حزمة الأشعة السينية بوضع كاشف (عادةً ما يكون عداد وميضي أو عداد تناسبي ) في مسار الحزمة المنحرفة، وبما أن لكل عنصر طول موجة مميز للأشعة السينية، فإنه يمكن تحديد عناصر متعددة باستخدام بلورات وكواشف متعددة. ^{[ 1 ]}

لتحسين الدقة، تُجمّع حزم الأشعة السينية عادةً باستخدام شفرات نحاسية متوازية تُسمى مُجمّع سولر . تُثبّت البلورة الأحادية والعينة والكاشف بدقة على مقياس الزوايا ، بحيث تكون المسافة بين العينة والبلورة مساوية للمسافة بين البلورة والكاشف. يُشغّل الجهاز عادةً تحت فراغ لتقليل امتصاص الإشعاع اللين (الفوتونات منخفضة الطاقة) بواسطة الهواء، وبالتالي زيادة حساسية الكشف عن العناصر الخفيفة (بين البورون والأكسجين ) وتحديد كميتها. تُنتج هذه التقنية طيفًا بقمم تتوافق مع خطوط الأشعة السينية. يُقارن هذا الطيف بأطياف مرجعية لتحديد التركيب العنصري للعينة. ^{[ 3 ]}

مع ازدياد العدد الذري للعنصر، يزداد عدد الإلكترونات المتاحة في مستويات طاقة مختلفة والتي يمكن إطلاقها، مما ينتج عنه أشعة سينية بأطوال موجية مختلفة. وهذا يُنتج أطيافًا متعددة الخطوط، خط لكل مستوى طاقة. تُسمى القمة الأبرز في الطيف Kα _، والقمة التالية Kβ _، وهكذا.

• يقتصر التحليل عمومًا على منطقة صغيرة جدًا من العينة، على الرغم من أن المعدات الآلية الحديثة غالبًا ما تستخدم أنماط الشبكة لتحليل مناطق أكبر. ^{[ 4 ]}
• لا تستطيع هذه التقنية التمييز بين نظائر العناصر لأن التوزيع الإلكتروني لنظائر العنصر الواحد متطابق. ^{[ 2 ]}
• لا يمكنه تحديد حالة تكافؤ العنصر، على سبيل المثال Fe ²⁺ مقابل Fe ³⁺ . ^{[ 2 ]}
• في بعض العناصر، قد يتداخل خط K _α ​​مع خط K _β لعنصر آخر، وبالتالي إذا كان العنصر الأول موجودًا، فلا يمكن اكتشاف العنصر الثاني بشكل موثوق (على سبيل المثال، يتداخل V K _{α مع} Ti K _β ) ^{[ 2 ].}