Rentgen spektroskopiyasi

Rentgen spektroskopiyasi rentgen nurlanishidan foydalangan holda materiallarni tavsiflash uchun bir nechta spektroskopik usullar uchun umumiy atamadir.

 Rentgen spektroskopiyasining xarakteristikasi 

Atomning ichki qobigʻidagi elektron foton energiyasidan qoʻzgʻalganda, u yuqori energiya darajasiga oʻtadi. U past energiya darajasiga qaytganda, qoʻzgʻalish orqali ilgari olingan energiya element uchun xarakterli toʻlqin uzunligiga ega boʻlgan foton sifatida chiqariladi (har bir element uchun bir nechta xarakterli toʻlqin uzunliklari boʻlishi mumkin).

Rentgen nurlanishining emissiya va yutilish spektrlarini oʻrganuvchi spektroskopiya boʻlimi, yaʼni elektromagnit. 10 −2 −10 2 nm toʻlqin uzunligi oraligʻida nurlanish. R. s. kimyoning tabiatini oʻrganish uchun foydalaniladi. ulanishlar va miqdorlar. in-in-da tahlil qilish (rentgen spektral tahlil). R.ning yordami bilan. siz barcha elementlarni (Li dan boshlab) har qanday yigʻilish holatida boʻlgan holda tekshirishingiz mumkin.

Rentgen nurlari emissiya spektrini tahlil qilish namunaning elementar tarkibi haqida sifatli natijalar beradi. Namuna spektrini maʼlum tarkibga ega boʻlgan namunalar spektrlari bilan taqqoslash miqdoriy natijalarni beradi (yutilish, floresans va atom raqami uchun baʼzi matematik tuzatishlardan soʻng).

Rentgen nurlari har doim yuqori tezlikdagi elektronlar anod materiali tomonidan kechiktirilganda hosil boʻladi. Elektron energiyasining katta qismi issiqlik sifatida tarqaladi. Shuning uchun anodni sunʼiy sovutish kerak. Rentgen trubkasidagi anod, volfram kabi yuqori erish nuqtasiga ega boʻlgan metalldan yasalgan boʻlishi kerak. Atomlar elektronlar (masalan, elektron mikroskopda), protonlar (PIXE ga qarang) yoki rentgen nurlari kabi zaryadlangan zarralarning yuqori energiyali nurlari bilan qoʻzgʻalishi mumkin uzatish XRT). Ushbu usullar H, He va Lidan tashqari butun davriy jadval elementlarini tahlil qilish imkonini beradi. Elektron mikroskopiyada elektron nurlar rentgen nurlarini qoʻzgʻatadi; xarakterli rentgen nurlanish spektrlarini tahlil qilishning ikkita asosiy usuli mavjud: energiya-dispersiv rentgen spektroskopiyasi (EDS) va toʻlqin uzunligi dispersiv rentgen spektroskopiyasi (WDS). Rentgen nurlarini uzatishda (XRT) ekvivalent atom tarkibi (Z eff) fotoelektrik va Kompton effektlari asosida olinadi.

 Energiyali dispersli rentgen spektroskopiyasi 

Energiyali dispersli rentgen spektrometrida yarimoʻtkazgichli detektor kiruvchi fotonlarning energiyasini oʻlchaydi. Detektorning yaxlitligi va ruxsatini saqlab qolish uchun uni suyuq azot bilan yoki Peltier sovutish bilan sovutish kerak. EDS elektron mikroskoplarda

Issiqlik shaklida tarqalmaydigan energiyaning bir qismi elektromagnit toʻlqin energiyasiga aylanadi (rentgen nurlari). Shunday qilib, rentgen nurlari anod materialini elektron bombardimon qilish natijasidir. Rentgen nurlarining ikki turi mavjud: oʻtkir va xarakterli.(spektroskopiyadan koʻra tasvirlash asosiy vazifadir) va arzonroq va/yoki portativ XRF qurilmalarida keng qoʻllanadi. 


 Toʻlqin uzunligi dispersiv rentgen spektroskopiyasi 

Toʻlqin uzunligi dispersiv rentgen spektrometrida bitta kristall Bragg qonuniga muvofiq fotonlarni sindiradi, keyin esa detektor tomonidan yigʻiladi. Difraksion kristall va detektorni bir-biriga nisbatan siljitish orqali spektrning keng hududini kuzatish mumkin. Katta spektral diapazonni kuzatish uchun toʻrt xil monokristaldan uchtasi kerak boʻlishi mumkin. EDS dan farqli oʻlaroq, WDS ketma-ket spektrni olish usuli hisoblanadi. WDS EDS dan sekinroq va spektrometrdagi namunaning joylashishiga nisbatan sezgirroq boʻlsa-da, u yuqori spektral ruxsat va sezgirlikka ega. WDS mikroproblarda (bu yerda rentgen mikrotahlili asosiy vazifa hisoblanadi) va XRFda keng qoʻllanadi; u Bragg qonuni yordamida tushayotgan rentgen nurlarining tekisliklararo masofa va toʻlqin uzunligi kabi turli maʼlumotlarni hisoblash uchun rentgen nurlari diffraksiyasi sohasida keng qoʻllanadi.

Rentgen nurlarini yutish spektrlari elektron int oʻtishi bilan bogʻliq. chigʻanoqlar hayajonlangan qobiqlarga (yoki zonalarga). Bu spektrlarni olish uchun rentgen trubkasi va analizator kristalli orasiga (2-rasm) yoki analizator kristali bilan qayd qiluvchi qurilma orasiga yupqa yupqa qatlam yutuvchi material joylashtiriladi. Yutish spektri keskin past chastotali chegaraga ega boʻlib, unda yutilishda sakrash sodir boʻladi. Spektrning ushbu sakrashgacha boʻlgan qismi, oʻtish yutilish chegarasidan oldingi mintaqada (yaʼni, bogʻlangan holatlarda) sodir boʻlganda, deyiladi. yutilish spektrining yaqin tuzilishi va aniq ifodalangan maksimal va minimaga ega kvazi chiziqli xarakterga ega. Bunday spektrlarda kimyoning boʻsh qoʻzgʻaluvchan holatlari haqida maʼlumotlar mavjud. ulanishlar (yoki yarimoʻtkazgichlarda oʻtkazuvchanlik zonalari).

 Rentgen nurlari emissiya spektroskopiyasi 

1915 yilgi Nobel mukofoti sovrindorlari boʻlgan Uilyam Lorens Bragg va Uilyam Genri Braggning ota-oʻgʻil ilmiy jamoasi rentgen nurlari emissiya spektroskopiyasini rivojlantirishda dastlabki kashshoflar boʻlgan. Uilyam Genri Bragg tomonidan ishlab chiqilgan, ota va oʻgʻil tomonidan kristallarning tuzilishini oʻrganish uchun ishlatilgan spektrometrning misolini Londondagi Fan muzeyida koʻrish mumkin. Ular birgalikda qoʻzgʻalish manbai sifatida yuqori energiyali elektronlardan foydalangan holda koʻplab elementlarning rentgen toʻlqin uzunliklarini yuqori aniqlikda oʻlchadilar. Katod nurlari trubkasi yoki rentgen trubkasi elektronlarni koʻp elementlardan iborat kristall orqali oʻtkazish uchun ishlatiladigan usul edi. Shuningdek, ular oʻzlarining spektrometrlari uchun olmos bilan boshqariladigan koʻplab shisha diffraktsiya panjaralarini mashaqqatli ravishda ishlab chiqardilar. Kristalning diffraktsiya qonuni ularning sharafiga Bragg qonuni deb ataladi.

Bremsstrahlung yuqori tezlikda harakatlanuvchi elektronlar anod atomlarining elektr maydonlari tomonidan sekinlashtirilganda sodir boʻladi. Alohida elektronlarning sekinlashuv shartlari bir xil emas. Natijada, ularning kinetik energiyasining turli qismlari rentgen nurlari energiyasiga oʻtadi.

Intensiv va toʻlqin uzunligi sozlanishi rentgen nurlari endi odatda sinxrotronlar yordamida yaratiladi. Materialda rentgen nurlari kiruvchi nurga nisbatan energiya yoʻqotilishi mumkin. Qayta paydo boʻlgan nurning bu energiya yoʻqolishi atom tizimining ichki qoʻzgʻalishini aks ettiradi, optik mintaqada keng qoʻllanadigan taniqli Raman spektroskopiyasining rentgen analogi.

Rentgen mintaqasida elektron holatdagi oʻzgarishlarni tekshirish uchun etarli energiya mavjud (orbitallar orasidagi oʻtish; bu optik mintaqadan farqli oʻlaroq, bu yerda energiya yoʻqolishi koʻpincha aylanish yoki tebranish darajasining oʻzgarishi bilan bogʻliq. erkinlik). Masalan, ultra yumshoq rentgen mintaqasida (taxminan 1 k eV dan past) kristall maydonning qoʻzgʻalishlari energiya yoʻqolishiga olib keladi.

Foton-in-foton-chiqarish jarayonini tarqalish hodisasi deb hisoblash mumkin. Rentgen energiyasi yadro darajasidagi elektronning bogʻlanish energiyasiga toʻgʻri kelganda, bu tarqalish jarayoni koʻplab kattalikdagi tartiblar bilan rezonansli ravishda kuchayadi. Ushbu turdagi rentgen nurlari emissiya spektroskopiyasi koʻpincha rezonansli noelastik rentgen nurlarining tarqalishi (RIXS) deb ataladi.

Bremsstrahlung spektri anod materialining tabiatiga bogʻliq emas. Maʼlumki, rentgen fotonlarining energiyasi ularning chastotasi va toʻlqin uzunligini belgilaydi. Shuning uchun bremsstrahlung rentgen nurlari monoxromatik emas. U ifodalanishi mumkin boʻlgan turli toʻlqin uzunliklari bilan tavsiflanadi uzluksiz (uzluksiz) spektr.

Yadro darajalarining orbital energiyalarini keng ajratish tufayli maʼlum bir qiziqish atomini tanlash mumkin. Yadro darajasidagi orbitallarning kichik fazoviy darajasi RIXS jarayonini tanlangan atomga yaqin joylashgan elektron strukturani aks ettirishga majbur qiladi. Shunday qilib, RIXS tajribalari murakkab tizimlarning mahalliy elektron tuzilishi haqida qimmatli maʼlumotlarni beradi va nazariy hisob-kitoblarni bajarish nisbatan sodda.

 Asboblar 

Ultra yumshoq rentgen mintaqasida rentgen nurlari emissiya spektrini tahlil qilish uchun bir nechta samarali dizaynlar mavjud. Bunday asboblar uchun maqtov koʻrsatkichi spektral oʻtkazuvchanlikdir, yaʼni aniqlangan intensivlik va spektral ajratish kuchining mahsulotidir. Odatda, bu koʻrsatkichlarni maʼlum bir oraliqda oʻzgartirish, ularning mahsulotini doimiy ushlab turish mumkin.

 Panjara spektrometrlari 

Odatda spektrometrlarda rentgen nurlari diffraktsiyasi kristallarda amalga oshiriladi, ammo panjarali spektrometrlarda namunadan chiqadigan rentgen nurlari manbani aniqlovchi yoriqdan oʻtishi kerak, soʻngra optik elementlar (oyna va/yoki panjaralar) ularni oʻzlariga koʻra diffraktsiya orqali tarqatadi.

Uzluksiz energiya qiymatlari holatida oʻtish sodir boʻlganda, spektrning yutilish chegarasidan tashqaridagi qismi deyiladi. yutilish spektrining juda nozik tuzilishi (EXAFS-kengaytirilgan soʻrilish nozik tuzilishi). Bu mintaqada oʻrganilayotgan atomdan chiqarilgan elektronlarning qoʻshni atomlar bilan oʻzaro taʼsiri koeffitsientning kichik dalgalanmalariga olib keladi. yutilish va rentgen nurlari spektrida minimal va maksimallar paydo boʻladi, ular orasidagi masofalar geom bilan bogʻliq. yutuvchi moddaning tuzilishi, birinchi navbatda atomlararo masofalar bilan. EXAFS usuli amorf jismlarning tuzilishini oʻrganish uchun keng qoʻllanadi, bu yerda anʼanaviy diffraktsiya mavjud. usullari qoʻllanilmaydi. toʻlqin uzunligi va nihoyat, ularning markazlashtirilgan nuqtalarida detektor oʻrnatiladi.

 Sferik panjara oʻrnatish moslamalari 

Genri Avgust Rouland (1848-1901) diffraktsiya va fokusni birlashtirgan bitta optik elementdan foydalanishga imkon beruvchi asbob yaratdi: sharsimon panjara. Foydalanilgan materialdan qatʼi nazar, rentgen nurlarining aks etish qobiliyati past, shuning uchun panjara ustiga oʻtlash kerak. Bir necha daraja koʻrish burchagida silliq yuzaga tegib turgan rentgen nurlari tashqi toʻliq aks ettiriladi, bu esa asbob samaradorligini sezilarli darajada oshirish uchun ishlatiladi.

Rentgen nurlari ularni hosil qiluvchi elektronlarning kinetik energiyasidan kattaroq energiyaga ega boʻlishi mumkin emas. Eng qisqa rentgen toʻlqin uzunligi sekinlashtiruvchi elektronlarning maksimal kinetik energiyasiga toʻgʻri keladi. Rentgen trubkasidagi potentsial farq qanchalik katta boʻlsa, rentgen nurlarining toʻlqin uzunligi shunchalik kichik boʻladi.

Sferik panjara radiusi R bilan belgilanadi. Tasavvur qiling-a, radiusning yarmi R panjara yuzasining markaziga tegib turgan doira. Bu kichik doira Roulend doirasi deb ataladi. Agar kirish teshigi ushbu doiraning istalgan joyida boʻlsa, u holda tirqishdan oʻtuvchi va panjaraga tegib turgan nur aylananing maʼlum nuqtalarida fokusga tushadigan barcha diffraktsiya tartibli nurlarga boʻlinadi.

 Rentgen spektroskopiyasining boshqa turlari 

 Rentgen nurlarini yutish spektroskopiyasi
 Rentgen magnitli dumaloq dikroizm

 Shuningdek qarang 

 Auger elektron spektroskopiyasi
 ‘Rentgen spektrometriyasi'' (jurnal)
 CdTe/CDZnTe spektrometrik detektorlari asosida portlovchi moddalarni aniqlashning yangi istiqbollari 

 Manbalar 

Turkum:Spektroskopiya