Rentgen spektroskopiyasi

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

X-nurli spektroskopiyaning xarakteristikasi 
Atomning ichki qobig'idagi elektron foton energiyasidan qo'zg'alganda, u yuqori energiya darajasiga o'tadi. U past energiya darajasiga qaytganda, qo'zg'alish orqali ilgari olingan energiya element uchun xarakterli to'lqin uzunligiga ega bo'lgan foton sifatida chiqariladi (har bir element uchun bir nechta xarakterli to'lqin uzunliklari bo'lishi mumkin). 

Rentgen nurlanishining emissiya (emissiya) va yutilish (yutilish) spektrlarini o'rganuvchi spektroskopiya bo'limi, ya'ni elektromagnit. 10 -2 -10 2 nm to'lqin uzunligi oralig'ida 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 yig'ilish holatida bo'lgan holda tekshirishingiz mumkin.

X-nurlari emissiya spektrini tahlil qilish namunaning elementar tarkibi haqida sifatli natijalar beradi. Namuna spektrini ma'lum tarkibga ega bo'lgan namunalar spektrlari bilan taqqoslash miqdoriy natijalarni beradi (yutilish, floresans va atom raqami uchun ba'zi matematik tuzatishlardan so'ng). 

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

Energiyali dispersli rentgen spektroskopiyasi 
Energiyali dispersli rentgen spektrometrida yarimo'tkazgichli detektor kiruvchi fotonlarning energiyasini o'lchaydi. 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 to'lqin energiyasiga aylanadi ( rentgen nurlari). Shunday qilib, rentgen nurlari anod materialini elektron bombardimon qilish natijasidir. Rentgen nurlarining ikki turi mavjud: o'tkir va xarakterli.(spektroskopiyadan ko'ra tasvirlash asosiy vazifadir) va arzonroq va/yoki portativ XRF qurilmalarida keng qo'llaniladi.

To'lqin uzunligi dispersiv rentgen spektroskopiyasi 
To'lqin uzunligi dispersiv rentgen spektrometrida bitta kristall Bragg qonuniga muvofiq fotonlarni sindiradi, keyin esa detektor tomonidan yig'iladi. Difraksion kristall va detektorni bir-biriga nisbatan siljitish orqali spektrning keng hududini kuzatish mumkin. Katta spektral diapazonni kuzatish uchun to'rt xil monokristaldan uchtasi kerak bo'lishi mumkin. EDS dan farqli o'laroq, WDS ketma-ket spektrni olish usuli hisoblanadi. WDS EDS dan sekinroq va spektrometrdagi namunaning joylashishiga nisbatan sezgirroq bo'lsa-da, u yuqori spektral ruxsat va sezgirlikka ega. WDS mikroproblarda (bu yerda rentgen mikrotahlili asosiy vazifa hisoblanadi) va XRFda keng qo'llaniladi; u Bragg qonuni yordamida tushayotgan rentgen nurlarining tekisliklararo masofa va to'lqin uzunligi kabi turli ma'lumotlarni hisoblash uchun rentgen nurlari diffraksiyasi sohasida keng qo'llaniladi.

X-nurlarini yutish spektrlari elektron int o'tishi bilan bog'liq. chig'anoqlar 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 bo'lib, unda yutilishda sakrash sodir bo'ladi. Spektrning ushbu sakrashgacha bo'lgan qismi, o'tish yutilish chegarasidan oldingi mintaqada (ya'ni, bog'langan holatlarda) sodir bo'lganda, deyiladi. yutilish spektrining yaqin tuzilishi va aniq ifodalangan maksimal va minimaga ega kvazi chiziqli xarakterga ega. Bunday spektrlarda kimyoning bo'sh qo'zg'aluvchan holatlari haqida ma'lumotlar mavjud. ulanishlar (yoki yarimo'tkazgichlarda o'tkazuvchanlik zonalari).

Rentgen nurlari emissiya spektroskopiyasi 
1915 yilgi Nobel mukofoti sovrindorlari bo'lgan Uilyam Lorens Bragg va Uilyam Genri Braggning ota-o'g'il ilmiy jamoasi rentgen nurlari emissiya spektroskopiyasini rivojlantirishda dastlabki kashshoflar bo'lgan.  Uilyam Genri Bragg tomonidan ishlab chiqilgan, ota va o'g'il tomonidan kristallarning tuzilishini o'rganish uchun ishlatilgan spektrometrning misolini Londondagi Fan muzeyida ko'rish mumkin.  Ular birgalikda qo'zg'alish manbai sifatida yuqori energiyali elektronlardan foydalangan holda ko'plab elementlarning rentgen to'lqin uzunliklarini yuqori aniqlikda o'lchadilar. Katod nurlari trubkasi yoki rentgen trubkasi  elektronlarni ko'p elementlardan iborat kristall orqali o'tkazish uchun ishlatiladigan usul edi. Shuningdek, ular o'zlarining spektrometrlari uchun olmos bilan boshqariladigan ko'plab 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 bo'ladi. Alohida elektronlarning sekinlashuv shartlari bir xil emas. Natijada, ularning kinetik energiyasining turli qismlari rentgen nurlari energiyasiga o'tadi.

Intensiv va to'lqin uzunligi sozlanishi rentgen nurlari endi odatda sinxrotronlar yordamida yaratiladi. Materialda rentgen nurlari kiruvchi nurga nisbatan energiya yo'qotilishi mumkin. Qayta paydo bo'lgan nurning bu energiya yo'qolishi atom tizimining ichki qo'zg'alishini aks ettiradi, optik mintaqada keng qo'llaniladigan taniqli Raman spektroskopiyasining rentgen analogi.

Rentgen mintaqasida elektron holatdagi o'zgarishlarni tekshirish uchun etarli energiya mavjud ( orbitallar orasidagi o'tish; bu optik mintaqadan farqli o'laroq, bu yerda energiya yo'qolishi ko'pincha aylanish yoki tebranish darajasining o'zgarishi bilan bog'liq. erkinlik). Masalan, ultra yumshoq rentgen mintaqasida (taxminan 1 k eV dan past) kristall maydonning qo'zg'alishlari energiya yo'qolishiga olib keladi.

Foton-in-foton-chiqarish jarayonini tarqalish hodisasi deb hisoblash mumkin. Rentgen energiyasi yadro darajasidagi elektronning bog'lanish energiyasiga to'g'ri kelganda, bu tarqalish jarayoni ko'plab kattalikdagi tartiblar bilan rezonansli ravishda kuchayadi. Ushbu turdagi rentgen nurlari emissiya spektroskopiyasi ko'pincha rezonansli noelastik rentgen nurlarining tarqalishi (RIXS) deb ataladi.

Bremsstrahlung spektri anod materialining tabiatiga bog'liq emas. Ma'lumki, rentgen fotonlarining energiyasi ularning chastotasi va to'lqin uzunligini belgilaydi. Shuning uchun bremsstrahlung rentgen nurlari monoxromatik emas. U ifodalanishi mumkin bo'lgan turli to'lqin uzunliklari bilan tavsiflanadi uzluksiz (uzluksiz) spektr.

Yadro darajalarining orbital energiyalarini keng ajratish tufayli ma'lum 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 ma'lumotlarni 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 ko'rsatkichi spektral o'tkazuvchanlikdir, ya'ni aniqlangan intensivlik va spektral ajratish kuchining mahsulotidir. Odatda, bu ko'rsatkichlarni ma'lum bir oraliqda o'zgartirish, 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 o'tishi kerak, so'ngra optik elementlar (oyna va/yoki panjaralar) ularni o'zlariga ko'ra diffraktsiya orqali tarqatadi.

Uzluksiz energiya qiymatlari holatida o'tish sodir bo'lganda, spektrning yutilish chegarasidan tashqaridagi qismi deyiladi. yutilish spektrining juda nozik tuzilishi (EXAFS-kengaytirilgan so'rilish nozik tuzilishi). Bu mintaqada o'rganilayotgan atomdan chiqarilgan elektronlarning qo'shni atomlar bilan o'zaro ta'siri koeffitsientning kichik dalgalanmalariga olib keladi. yutilish va rentgen nurlari spektrida minimal va maksimallar paydo bo'ladi, ular orasidagi masofalar geom bilan bog'liq. yutuvchi moddaning tuzilishi, birinchi navbatda atomlararo masofalar bilan. EXAFS usuli amorf jismlarning tuzilishini o'rganish uchun keng qo'llaniladi, bu yerda an'anaviy diffraktsiya mavjud. usullari qo'llanilmaydi. to'lqin uzunligi va nihoyat, ularning markazlashtirilgan nuqtalarida detektor o'rnatiladi.

Sferik panjara o'rnatish moslamalari 
Genri Avgust Rouland (1848-1901) diffraktsiya va fokusni birlashtirgan bitta optik elementdan foydalanishga imkon beruvchi asbob yaratdi: sharsimon panjara. Foydalanilgan materialdan qat'i nazar, rentgen nurlarining aks etish qobiliyati past, shuning uchun panjara ustiga o'tlash kerak. Bir necha daraja ko'rish burchagida silliq yuzaga tegib turgan rentgen nurlari tashqi to'liq aks ettiriladi, bu esa asbob samaradorligini sezilarli darajada oshirish uchun ishlatiladi.

Rentgen nurlari ularni hosil qiluvchi elektronlarning kinetik energiyasidan kattaroq energiyaga ega bo'lishi mumkin emas. Eng qisqa rentgen to'lqin uzunligi sekinlashtiruvchi elektronlarning maksimal kinetik energiyasiga to'g'ri keladi. Rentgen trubkasidagi potentsial farq qanchalik katta bo'lsa, rentgen nurlarining to'lqin uzunligi shunchalik kichik bo'ladi.

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 bo'lsa, u holda tirqishdan o'tuvchi va panjaraga tegib turgan nur aylananing ma'lum nuqtalarida fokusga tushadigan barcha diffraktsiya tartibli nurlarga bo'linadi.

X-nurli spektroskopiyaning boshqa turlari 

 X-nurlarini yutish spektroskopiyasi
 Rentgen magnitli dumaloq dikroizm

Shuningdek qarang 

 Auger elektron spektroskopiyasi
 X-nurlari spektrometriyasi (jurnal)
 CdTe/CDZnTe spektrometrik detektorlari asosida portlovchi moddalarni aniqlashning yangi istiqbollari
 Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Jonishev Abbos tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.

Manbalar 

X-ray spectroscopy