مطيافية امتصاص الأشعة السينية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
الشكل 1: الانتقالات التي تساهم في حواف امتصاص الأشعة السينية
الشكل 2: ثلاث مناطق من بيانات امتصاص الأشعة السينية لحافة K

مطيافية امتصاص الأشعة السينية (XAS) هي مجموعة من التقنيات المتقدمة المستخدمة لدراسة البيئة المحلية للمادة على المستوى الذري وبنيتها الإلكترونية. [ 1 ] تتطلب هذه التجارب الوصول إلى مرافق إشعاع السنكروترون للحصول على حزم الأشعة السينية المكثفة والقابلة للضبط . يمكن أن تكون العينات في الحالة الغازية أو المحاليل أو المواد الصلبة. [ 2 ]

خلفية

تُحصل بيانات امتصاص الأشعة السينية (XAS) عن طريق ضبط طاقة الفوتون ، [ 3 ] باستخدام مُوحِّد لون بلوري، ضمن نطاق طاقة يسمح بإثارة إلكترونات النواة (0.1-100 كيلو إلكترون فولت). تُسمى الحواف، جزئيًا، بحسب إلكترون النواة المُثار: فالأعداد الكمية الرئيسية n = 1 و2 و3 تُقابل حواف K وL وM، على التوالي. [ 4 ] على سبيل المثال، تحدث إثارة إلكترون 1s عند حافة K ، بينما تحدث إثارة إلكترون 2s أو 2p عند حافة L (الشكل 1).

توجد ثلاث مناطق رئيسية في الطيف الناتج عن بيانات امتصاص الأشعة السينية، والتي تعتبر بعد ذلك تقنيات طيفية منفصلة (الشكل 2):

  1. عتبة الامتصاص التي تحددها عملية الانتقال إلى أدنى الحالات غير المشغولة:
    1. الحالات عند مستوى فيرمي في المعادن تعطي "حافة صاعدة" ذات شكل مماس قوسي ؛
    2. الإكسيتونات الأساسية المقيدة في العوازل ذات شكل خط لورنتزي (تحدث في منطقة ما قبل الحافة عند طاقات أقل من الانتقالات إلى أدنى مستوى غير مشغول)؛
  2. تُعرف بنية امتصاص الأشعة السينية القريبة من الحافة ( XANES )، التي طُرحت عام 1980 ثم عام 1983، وتُسمى أيضًا NEXAFS (بنية امتصاص الأشعة السينية الدقيقة القريبة من الحافة)، بأنها تهيمن عليها انتقالات النواة إلى حالات شبه مقيدة (رنين التشتت المتعدد) للإلكترونات الضوئية ذات الطاقة الحركية التي تتراوح بين 10 و150 إلكترون فولت فوق الكمون الكيميائي، وتُسمى "رنين الشكل" في الأطياف الجزيئية لأنها ناتجة عن حالات نهائية قصيرة العمر متطابقة مع الطيف المستمر ذي شكل خط فانو. في هذا النطاق، تكون إثارات الإلكترونات المتعددة والحالات النهائية متعددة الأجسام في الأنظمة المترابطة بقوة ذات أهمية.
  3. في نطاق الطاقة الحركية العالية للإلكترون الضوئي، يكون مقطع التشتت مع الذرات المجاورة ضعيفًا، وتُهيمن تقنية امتصاص الأشعة السينية الممتدة (EXAFS) على أطياف الامتصاص، حيث يمكن تقريب تشتت الإلكترون الضوئي المنبعث من الذرات المجاورة بأحداث تشتت منفردة. في عام ١٩٨٥، تبيّن أنه يمكن استخدام نظرية التشتت المتعدد لتفسير كلٍّ من تقنيتي امتصاص الأشعة السينية القريبة من الحافة (XANES) وامتصاص الأشعة السينية الممتدة ( EXAFS ) ؛ ولذلك ، يُطلق الآن على التحليل التجريبي الذي يركز على كلا المنطقتين اسم امتصاص الأشعة السينية (XAFS ).

يُعدّ امتصاص الأشعة السينية (XAS) نوعًا من أنواع مطيافية الامتصاص، حيث يُجرى على حالة ابتدائية ذات تناظر محدد بدقة. ولذلك، تحدد قواعد الانتقاء الكمومي تناظر الحالات النهائية في الطيف المتصل، والتي عادةً ما تكون مزيجًا من مكونات متعددة. وتُعزى أشدّ السمات الطيفية إلى انتقالات مسموحة ثنائية القطب الكهربائي (أي Δℓ = ± 1) إلى حالات نهائية غير مشغولة. فعلى سبيل المثال، تُعزى أشدّ السمات الطيفية لحافة K إلى انتقالات من الحالة الابتدائية 1s إلى حالات نهائية شبيهة بـ p، بينما تُعزى أشدّ السمات الطيفية لحافة L3 إلى انتقالات من الحالة النهائية 2p إلى حالات نهائية شبيهة بـ d.

يمكن تقسيم منهجية XAS بشكل عام إلى أربع فئات تجريبية يمكن أن تؤدي إلى نتائج تكميلية: حافة K المعدنية ، حافة L المعدنية ، حافة K للرابطة ، وEXAFS.

إن أكثر الوسائل وضوحاً لرسم خرائط العينات غير المتجانسة بما يتجاوز تباين امتصاص الأشعة السينية هي من خلال التحليل العنصري بواسطة التألق بالأشعة السينية، على غرار طرق EDX في المجهر الإلكتروني. [ 5 ]

التطبيقات

تُعدّ تقنية امتصاص الأشعة السينية (XAS) تقنيةً تُستخدم في مجالات علمية متنوعة، تشمل فيزياء الجزيئات والمادة المكثفة ، [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] وعلوم وهندسة المواد ، والكيمياء ، وعلوم الأرض ، وعلم الأحياء . وقد استُغلت حساسيتها الفريدة للبنية المحلية، مقارنةً بتقنية حيود الأشعة السينية ، لدراسة ما يلي:

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مقدمة في بنية الامتصاص الدقيقة للأشعة السينية (XAFS)" ، مطيافية امتصاص الأشعة السينية للعلوم الكيميائية وعلوم المواد ، تشيتشستر، المملكة المتحدة: جون وايلي وأولاده المحدودة، 24-11-2017، الصفحات 1-8 ، doi : 10.1002/9781118676165.ch1 ، ISBN  978-1-118-67616-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 سبتمبر 2020
  2. ↑ يانو ج، ياشاندرا ف ك (2009-08-04). "مطيافية امتصاص الأشعة السينية" . أبحاث التمثيل الضوئي . 102 ( 2-3 ): 241-254 . Bibcode : 2009PhoRe.102..241Y . doi : 10.1007/s11120-009-9473-8 . PMC 2777224. PMID 19653117 .  
  3. ↑ بوبمينتشيف، ديميتار؛ غالواي، بنجامين ر.؛ تشين، مينغ-تشانغ؛ دولار، فرانكلين؛ مانكوسو، كريستوفر أ.؛ هانكلا، أميليا؛ مياجا-أفيلا، لويس؛ أونيل، غالين؛ شو، جاستن م.؛ فان، غوانغيو؛ أليشوسكاس، سكيرمانتاس (2018-03-01). "مطيافية البنية الدقيقة لامتصاص الأشعة السينية عند الحواف القريبة والممتدة باستخدام أطياف فائقة التماسك عالية الرتبة فائقة السرعة" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 120 (9) 093002. رمز Bibcode : 2018PhRvL.120i3002P . doi : 10.1103/physrevlett.120.093002 . hdl : 20.500.12708/17936 . ISSN 0031-9007 . PMID 29547333 .  
  4. ↑ كيلي إس دي، هيستربيرغ دي، رافيل بي (2015). "تحليل التربة والمعادن باستخدام مطيافية امتصاص الأشعة السينية" . طرق تحليل التربة، الجزء 5 - الطرق المعدنية . سلسلة كتب جمعية علوم التربة الأمريكية. جون وايلي وأولاده المحدودة. الصفحات 387-463. doi : 10.2136 / sssabookser5.5.c14 . ISBN  978-0-89118-857-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-09-2020 .
  5. ↑ إيفانز، جون (23 نوفمبر 2017). مطيافية امتصاص الأشعة السينية للعلوم الكيميائية وعلوم المواد ( الطبعة الأولى). هوبوكين، نيوجيرسي. ISBN  978-1-118-67617-2. OCLC 989811256 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  6. ↑ تانغشاروين، ت.، كليسوبون، و.، كونغمارك، س.، وبيشارابا، و. (2014). دراسات مطيافية امتصاص الأشعة السينية السنكروترونية والخصائص المغناطيسية لفريتات المعادن (المعدن = Ni، Mn، Cu) المصنعة بطريقة الاحتراق الذاتي للمحلول الهلامي. Physica Status Solidi A، 211(8)، 1903-1911. https://doi.org/10.1002/pssa.201330477
  7. ↑ تانغشاروين ، ثانيت، وانتانا كليسوبون ، وشانابا كونغمارك ."دراسات مطيافية امتصاص الأشعة السينية السنكروترونية وتوزيع الكاتيونات في جسيمات نانوية من NiAl₂O₄ و CuAl₂O₄ وZnAl₂O₄ مُصنّعة بطريقة الاحتراق الذاتي للمحلول الهلامي ." مجلة التركيب الجزيئي 1182 (2019): 219-229. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.01.049
  8. ↑ راوات، بانكاج سينغ، آر سي سريفاستافا، غاغان ديكسيت، وك. أسوكان. "تعديلات الترتيب البنيوي والوظيفي والمغناطيسي في أكسيد الجرافين والجرافيت بواسطة تشعيع أيونات الذهب بطاقة 100 ميغا إلكترون فولت." مجلة فاكيوم 182 (2020): 109700. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700
  9. ↑ ليونغبيرغ، ماتياس (ديسمبر 2017). "التأثيرات الاهتزازية في امتصاص الأشعة السينية وتشتت الأشعة السينية غير المرن الرنيني باستخدام مخطط شبه كلاسيكي" . مجلة Physical Review B. 96 ( 21) 214302. arXiv : 1709.06786 . Bibcode : 2017PhRvB..96u4302L . doi : 10.1103/PhysRevB.96.214302 . S2CID 119210376. تاريخ الاسترجاع: 21 أبريل 2023 . 
  • تشانغ م (15 أغسطس 2020). "نظرية XANES" . مشروع LibreTexts . مؤرشف من الأصل في 2 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 15 مارس 2015 .
  • نيوفيل م (25 يوليو 2008). "أساسيات XAFS" (ملف PDF) . شيكاغو، إلينوي: جامعة شيكاغو.