Erweiterte Röntgenabsorption feine Struktur

Drei Regionen XAS -Daten

Erweiterte Röntgenabsorption feine Struktur (Exafs) zusammen mit Röntgenabsorption in der Nähe der Kantenstruktur (Xanes), ist eine Untergruppe der Röntgenabsorptionsspektroskopie (Xas). Wie andere Absorptionsspektroskopien, XAS -Techniken folgen Biergesetz. Das Röntgen Absorptionskoeffizient Von einem Material als Funktion der Energie wird unter Verwendung von Röntgenstrahlen einer schmalen Energieauflösung auf eine Probe gerichtet und der einfallende und übertragene Röntgenintensität wird aufgezeichnet, wenn die einfallende Röntgenenergie erhöht wird.

Wenn der einfallende Röntgenenergie dem entspricht Bindungsenergie von einem Elektron Von einem Atom innerhalb der Probe nimmt die Anzahl der von der Probe absorbierten Röntgenstrahlen dramatisch zu, was zu einem Abfall der übertragenen Röntgenintensität führt. Dies führt zu einer Absorptionskante. Jedes Element hat eine Reihe von eindeutigen Absorptionskanten, die unterschiedlichen Bindungsenergien seiner Elektronen entsprechen, was die Selektivität von XAS -Elementen ergibt. XAS -Spektren werden am häufigsten bei gesammelt Synchbrons Aufgrund der hohen Intensität der Synchrotron-Röntgenquellen ermöglicht die Konzentration des absorbierenden Elements nur wenige Teile pro Million. Die Absorption wäre nicht nachweisbar, wenn die Quelle zu schwach wäre. Da Röntgenstrahlen stark eindringen, können XAS-Proben Gase, Feststoffe oder Flüssigkeiten sein.

Hintergrund

Exafs Spektren werden als Diagramme des Absorptionskoeffizienten eines gegebenen Materials versus dargestellt Energietypischerweise in 500 - 1000 ev Bereich, der vor einem beginnt Absorptionskante eines Elements in der Probe. Der Röntgenabsorptionskoeffizient wird normalerweise auf die Einheitsschritthöhe normalisiert. Dies geschieht durch die Rückzahlung einer Linie in den Bereich vor und nach der Absorptionskante, subtrahiere die Vorkantenlinie vom gesamten Datensatz und dividiert durch die Absorptionsschritthöhe, die durch die Differenz zwischen dem Vorab- und Post-Edge bestimmt wird. Kantenleitungen am Wert von e0 (am Absorptionsrand).

Die normalisierten Absorptionsspektren werden häufig genannt Xanes Spektren. Diese Spektren können verwendet werden, um den durchschnittlichen Oxidationszustand des Elements in der Probe zu bestimmen. Die Xanes -Spektren sind auch empfindlich gegenüber der Koordinationsumgebung des absorbierenden Atoms in der Probe. Fingerdruckmethoden wurden verwendet, um die XANES -Spektren einer unbekannten Probe mit denen der bekannten "Standards" zu entsprechen. Die lineare Kombinationspflicht mehrerer verschiedener Standardspektren kann eine Schätzung für die Menge jedes der bekannten Standardspektren innerhalb einer unbekannten Probe ergeben.

Röntgenabsorptionsspektren werden über den Bereich von 200 bis 35.000 eV erzeugt. Der dominante physikalische Prozess ist eines, bei dem der absorbierte Photonen einen Kern aussieht Photoelektron Aus dem absorbierenden Atom hinterlassen ein Kernloch. Das Atom mit dem Kernloch ist jetzt aufgeregt. Die Energie des ausgeworfenen Photoelektronens entspricht der des absorbierten Photons abzüglich der Bindungsenergie des anfänglichen Kernzustands. Das ausgestoßene Photoelektron interagiert mit Elektronen in den umgebenden nicht belasteten Atomen.

Wenn das ausgestoßene Photoelektron als eine Welle-ähnliche Natur und die umgebenden Atome werden als Punktstreuer beschrieben, es ist möglich, sich das vorzustellen Rückstreuten Elektronenwellen stören die nach vorne störenden Wellen. Das resultierende Interferenzmuster zeigt sich als Modulation des gemessenen Absorptionskoeffizienten, wodurch die Schwingung in den EXAFS -Spektren verursacht wird. Eine vereinfachte planwave-Einzelstreuungstheorie wird seit vielen Jahren zur Interpretation von EXAFS-Spektren verwendet, obwohl moderne Methoden (wie Feff, GNXAS) gezeigt haben, dass gekrümmte Wellenkorrekturen und Multiple-Scattering-Effekte nicht vernachlässigt werden können. Die Photelektronenstreuamplitude im niedrigen Energiebereich (5-200 eV) der photoelektronenkinetischen Energie wird viel größer, sodass mehrere Streuereignisse in der dominieren werden Xanes (oder Nexafs) Spektren.

Das Wellenlänge des Photoelektrons hängt von der Energie und Phase der im zentralen Atom existierenden Rückstreuwellen ab. Die Wellenlänge ändert sich in Abhängigkeit von der Energie des eingehenden Photons. Das Phase und Amplitude der Rückstreuwelle hängen von der Art des Atoms ab, das die Rückstreuung und den Abstand des Rückstreuungsatoms vom zentralen Atom ausübt. Die Abhängigkeit der Streuung von Atomarten ermöglicht es, Informationen zur chemischen Koordinationsumgebung des ursprünglichen absorbierenden (zentral angeregten) Atoms durch Analyse dieser ExAFS -Daten zu erhalten.

Experimentelle Überlegungen

Da EXAFs eine einstellbare Röntgenquelle benötigt, werden Daten häufig bei gesammelt Synchbronsoft bei Strahllinien die für diesen Zweck besonders optimiert sind. Die Nützlichkeit eines bestimmten Synchrotrons zur Untersuchung eines bestimmten Feststoffs hängt von der ab Helligkeit des Röntgenflusses an den Absorptionskanten der relevanten Elemente.

Anwendungen

XAS ist eine interdisziplinäre Technik und ihre einzigartigen Eigenschaften im Vergleich zur Röntgenbeugung wurden ausgenutzt, um die Details der lokalen Struktur zu verstehen in:

Beispiele

Exafs ist wie Xanes, eine hochempfindliche Technik mit elementarer Spezifität. Daher ist EXAFS eine äußerst nützliche Möglichkeit, den chemischen Zustand praktisch wichtiger Arten zu bestimmen, die in sehr geringer Häufigkeit oder Konzentration auftreten. Häufige Verwendung von EXAFs tritt in auf Umweltchemie, wo Wissenschaftler versuchen, die Verbreitung von zu verstehen Schadstoffe durch ein Ökosystem. EXAFs können zusammen mit verwendet werden Beschleunigungsmassenspektrometrie in forensisch Prüfungen, insbesondere in Nuklear Nichtverbreitung Anwendungen.

Geschichte

Ein sehr detaillierter, ausgewogener und informativer Bericht über die Geschichte der Exafs (ursprünglich Kossels Strukturen genannt) wird von R. Stumm von Bordwehr gegeben.[1] Eine modernere und genauere Darstellung der Geschichte von XAFS (EXAFS und XANES) wird von dem Leiter der Gruppe gegeben, der die moderne Version von EXAFs in einem Preis von Edward A. Stern entwickelt hat.[2]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Bordwehr, R. Stumm vonon (1989). "Eine Geschichte der Röntgenabsorption feine Struktur". Annales de Physique. 14 (4): 377–465. Bibcode:1989Anph ... 14..377s. doi:10.1051/anphys: 01989001404037700. ISSN 0003-4169.
  2. ^ Stern, Edward A. (2001-03-01). "Überlegungen über die Entwicklung von XAFS". Journal of Synchrotron Strahlung. 8 (2): 49–54. doi:10.1107/s0909049500014138. ISSN 0909-0495. PMID 11512825.

Literaturverzeichnis

Bücher

  • Calvin, Scott. (2013-05-20). Xafs für alle. Furst, Kirin Emlet. Boca Raton. ISBN 9781439878637. OCLC 711041662.
  • Bunker, Grant, 1954- (2010). Einführung in XAFS: Eine praktische Anleitung zur Röntgenabsorptionsfeinstrukturspektroskopie. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 9780511809194. OCLC 646816275.{{}}: Cs1 montiert: Mehrfachnamen: Autorenliste (Link)
  • Teo, Boon K. (1986). EXAFS: Grundprinzipien und Datenanalyse. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783642500312. OCLC 851822691.
  • Röntgenabsorption: Prinzipien, Anwendungen, Techniken von Exafs, Sexafs und Xanes. Koningsberger, D. C., Prins, Roelof. New York: Wiley. 1988. ISBN 0471875473. OCLC 14904784.{{}}: CS1 Wartung: Andere (Link)

Buchkapitel

Papiere

Externe Links