X선 방출 분광기

X선 방출 분광학(XES)은 X선 선 스펙트럼을 X선 선 에너지와 가지 비율에 대한 화학적 환경의 영향을 분석하기에 충분한 스펙트럼 분해능으로 측정하는 X선 스펙트럼 분석의 한 형태다.이것은 껍질에서 전자를 흥분시킨 다음 재결합 전자의 방출된 광자를 관찰함으로써 이루어진다.

There are several types of XES and can be categorized as non-resonant XES (XES), which includes ${\displaystyle K_{\beta }}$-measurements, valence-to-core (VtC/V2C)-measurements, and (${\displaystyle K_{\alpha }}$)-measurements, or as resonant XES (RXES or RIXS), which includes XXAS+XES 2D-measurement, high-resolution XAS, 2p3d RIXS, Mössbauer-XES 조합 측정.^[1]또 재료의 전자 구조를 결정하는 데 SXES(Soft X-Ray Emission Spectroscopy, SXES)를 사용한다.

역사

최초의 XES 실험은 1924년^[2] 린드와 룬퀴스트에 의해 출판되었다.

이러한 초기 연구에서 저자들은 X선 튜브의 전자빔을 이용하여 코어 전자를 흥분시키고 유황과 다른 원소의 $K{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\beta }_{}}$ ${\$라인$$ 스펙트럼을 얻었다.3년 후, 코스터와 드루이베스티앵은 광자 배설물을 이용하여 첫 번째 실험을 했다.^[3]그들의 연구는 전자 빔이 유물을 생산하고, 따라서 코어 구멍을 만들기 위해 X선 광자를 사용하는 동기를 부여한다는 것을 증명했다.후속 실험은 고해상도 분광기뿐만 아니라 상업용 X선 분광기로 수행되었다.

이러한 초기 연구가 작은 분자의 전자적 구성에 대한 근본적인 통찰력을 제공했지만, XES는 싱크로트론 방사선 설비에서 고강도의 X선 빔을 사용할 수 있게 되면서 (화학적으로) 희석 시료를 측정할 수 있게 되었다.^[4]실험적인 진보 외에도 양자 화학 계산의 진보이기도 해, XES는 화학 화합물의 전자 구조 연구를 위한 흥미로운 도구로 만든다.

영국의 물리학자 헨리 모슬리는 $K{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\alpha }_{}}$ ${\$라인과$$ 탐사된 원소의 원자 번호 사이의 관계를 최초로 발견했다.이때는 현대 X선 분광기의 탄생 시간이었다.나중에 이 선들은 원소 분석에서 샘플의 내용을 결정하는 데 사용될 수 있다.

윌리엄 로렌스 브래그는 나중에 광자의 에너지와 결정 안에서 광자의 회절 사이의 관계를 발견했다.그가 확립한 공식 $n{\displaystyle }$ ${\displaystyle \lambda }$= 2 ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle \sin }$ ${\displaystyle }$ (${\displaystyle \theta }$ ) ${\displaystyle n\lambda =2d\,\sin(\theta )}$에 따르면 특정 에너지를 가진 X선 광자는 결정 안에서 정확하게 정의된 각도로 구부러진다.

장비

분석기

X-Ray-Source에서 생성된 방사선을 분산시키려면 특별한 종류의 단색화기가 필요하다.X선은 굴절률 n ≈ 1. Bragg는 그 입자들이 결정 격자를 통과할 때 X선/중성자 회절을 설명하는 방정식을 생각해냈다.(X선 회절)

이러한 목적을 위해 "완벽한 결정"은 기구의 기하학적 구조와 에너지 범위에 따라 여러 가지 형태로 제작되었다.그들은 완벽하다고 불리지만, 결정 구조 내에 오차가 있어서 롤랜드 평면의 상쇄로 이어진다.이러한 오프셋은 특정 에너지(예: 8027.83eV에서 구리선 $K{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\alpha }_{}}$ ${\displaystyle 2_{}}$ ${\$line$$)를 보면서 수정을 통해 보정할 수 있다.신호의 강도가 극대화되면 크리스털에 의해 분산된 광자가 롤랜드 평면에서 검출기에 부딪힌다.이제 계측기의 수평면에는 검출기 각도를 증가시키거나 감소시켜 교정할 수 있는 약간의 오프셋이 있게 된다.

본 하모스 기하학에서 원통형으로 구부러진 결정체는 평면의 평면을 따라 방사선을 분산시키고 곡률의 축을 따라 특징과 같은 선에 초점을 맞춘다.

공간적으로 분산된 신호는 전체 스펙트럼을 제공하는 결정의 초점 축에서 위치 민감 검출기로 기록된다.대체 파장 분산 개념은 Rowland 원 안에 선원을 배치한 Johanson 기하학에 기초하여 제안되고 구현된 반면, Johann 기하학에 기초하는 기구는 Rowland 원에 그 선원을 배치한다.^[5][6]

X선 소스

X선 선원은 많은 다른 목적으로 생산되지만 모든 X선 선원이 분광학용으로 사용될 수는 없다.일반적으로 의료 용도에 사용되는 선원은 일반적으로 매우 "소음" 선원 스펙트럼을 생성하는데, 이는 사용된 음극 물질이 이러한 측정에 매우 순수해서는 안 되기 때문이다.이러한 선들은 모든 사용된 에너지 범위에서 좋은 분해능을 얻으려면 가능한 한 많이 제거해야 한다.

이를 위해 고순도 텅스텐, 몰리브덴, 팔라듐 등이 있는 일반 X선 튜브를 제작한다.그것들이 내장되어 있는 구리를 제외하고, 상대적으로 "흰" 스펙트럼을 생성한다.엑스레이를 만드는 또 다른 방법은 입자 가속기다.그들이 엑스선을 만드는 방법은 자기장을 통한 방향의 벡터적 변화에서 비롯된다.이동 전하가 방향을 바꿀 때마다 해당 에너지의 방사선을 방출해야 한다.X선 튜브에서 이 방향 변화는 전자가 싱크로트론에서 금속 표적(Anode)에 부딪히는 것이다. 그것은 전자를 원형 경로로 가속시키는 외부 자기장이다.

X선관에는 여러 종류가 있으며 측정해야 할 X선관이 무엇에 따라 정확하게 선택해야 한다.

현대 $분광법$과 ${\displaystyle {21세기}_{}}$K β{\$displaystyle K_${\beta $}}-$선의$$ 중요성

오늘날 XES는 원소 분석에는 덜 사용되지만, 점점 더 $많은{\displaystyle {}_{}}$ K ${\displaystyle {\beta }_{}}$ ${\$라인$$ 스펙트럼 측정이 중요함을 발견하게 되는데, 이들 선과 이온화된 원자의 전자 구조와의 관계가 더욱 상세해지기 때문이다.

만약 1s-Core-Electron이 연속체(MO의 원자 에너지 수준 밖으로)로 흥분한다면, 더 높은 에너지 궤도의 전자는 에너지를 잃고 Hund's Rule을 충족시키기 위해 만들어진 1s-Hole에 "떨어져야 한다."(그림.2) 그러한 전자전달은 뚜렷한 확률을 가지고 일어난다.(시그반 표기법 참조)

과학자들은 $어떻게$든 접합된 3d 변환 금속-원자의 이온화 후 K ${\displaystyle {\beta }_{}}$ ${\$line$$ 강도와 에너지가 금속의 산화 상태와 리간드 종과 함께 이동한다는 점에 주목했다.이것은 구조 해석의 새로운 방법에 자리를 내주었다.

이러한 라인의 고해상도 스캔을 통해 화학적 화합물의 정확한 에너지 수준과 구조 구성을 결정할 수 있다.발란스 전자에 영향을 미치지 않는 모든 전달을 무시하면 두 가지 주요한 전자 전달 메커니즘이 있기 때문이다.3d-변환 금속의 화학적 화합물이 고 스핀 또는 저 스핀이 될 수 있다는 사실을 포함하면 각 스핀 구성에 대해 2개의 메커니즘을 얻을 수 있다.^[1]

이 두 개의 스핀 구성은 그림 1과 2에서 보는 바와 $같이{\displaystyle {}_{}}$ K ${\displaystyle {\mathrm{\beta }1}_{}}$, 3$${\$displaystyle K_{\beta$ 1,$3}$ 및$$ $K{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\beta {}^{}}_{}}$ ${\displaystyle {{\{}^{}}_{}}${\$displaystyle K_{\beta '}}}$의 일반적인 형상을 결정하며, 화합물 내 전자의 구조 구성은 그림 1과 2와 같이 다른 강도, 확대, 꼬리 및 파일링을 유발한다.${\displaystyle K_{}}$ ${\displaystyle {\beta }_{}}$ ${\displaystyle 2_{}}$,${\displaystyle 5_{}}$ ${\$2,$5},$ $K$ ${\displaystyle {\beta {}^{}}_{}}$ β${\displaystyle {{}^{}}_{}}$″ ${\$라인$$.^[1]이것은 꽤 많은 정보지만, 이 데이터는 소위 "사전 에지" 지역의 흡수 측정과 결합되어야 한다.이러한 측정을 XANES(가장자리 구조 근처의 X선 흡수)라고 한다.

싱크로트론 시설에서는 그러한 측정을 동시에 수행할 수 있지만, 실험 설정은 상당히 복잡하고 전자 저장 링에서 나오는 접선 빔을 분산시키기 위해 정확하고 미세한 조정 결정 단색기가 필요하다.Method는 HERFD라고 불리며, High Energy Resolution Fluorscence Detection의 약자다.수집 방법은 I ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$라고 하는 "소스"에서 오는 모든 파장의 집합 후에 빔을 측정의 XANES 부분에 대해 검출기를 뒤에 두고 샘플 홀더에 비춘다는 점에서 독특하다$.$샘플 자체는 X선을 방출하기 시작하고 그 광자들이 단색화된 후에 그것들은 또한 수집된다.대부분의 설정은 최소 3개의 결정 단색화기 이상을 사용한다.$I{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$은(는) 방정식의 Beer-Lambert 법칙의 일부로 흡수 측정에 사용된다$$.

${\displaystyle E_{\lambda }=\log _{10}\left({\frac {I_{0}}}){{\fr}}}{{0}}}}{{}}}I_{1}}\오른쪽)=\var렙실론 _{\lambda }\cdot c\cdot d}$

여기서 $I{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {1\mathrm{}}_{}}$ ${\$}는 전송된 광자의 강도다$$.소멸 $E{\displaystyle {}_{}}$ ${\$에 대해 수신된 값은 파장별로 다르므로$$ 흡수 스펙트럼이 생성된다.결합된 데이터에서 생성된 스펙트럼은 주어진 흡수 에지의 형상에 대해 극히 분해된 관점을 여전히 가지고 있는 동안 백그라운드 방사선이 거의 완전히 제거된다는 점에서 분명한 장점을 보여준다.(그림.4)

수소 연료전지와 새로운 배터리 재료의 형태로 보다 효율적인 에너지 저장, 생산 및 사용을 위한 새로운 촉매의 개발 분야에서는 $오늘날{\displaystyle {}_{}}$ K ${\$라인의$$ 연구가 필수적이다.

금속의 특정 산화 상태의 정확한 형태는 대부분 알려져 있지만, 예를 들어 전기분해를 위한 공명형 촉매로 될 수 있는 잠재력을 가진 새로 생성된 화학 화합물들은 매일 측정된다.

몇몇 국가들은 깨끗하고, 책임감 있고, 값싼 에너지에 대한 희망으로 이 특별한 과학 분야의 전 세계의 많은 다른 시설들을 장려한다.^[7]

소프트 X선 방출 분광기

이 절은 출처를 인용하지 않는다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 섹션을 개선할 수 있도록 도와주십시오. 비소싱된 자료에 이의를 제기하여 제거할 수 있다. (2008년 3월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법과 시기 학습)

소프트 X선 방출 분광기 또는 (SXES)는 물질의 전자 구조를 결정하는 실험 기법이다.

사용하다

X-선 방출 분광기(XES)는 물질의 전자 상태의 부분 점유 밀도를 조사하는 수단을 제공한다.XES는 소자별, 현장별 특성으로, 재료의 전자적 특성을 세부적으로 결정하는 강력한 도구가 된다.

양식

방출 분광기는 공진성 비탄성 X선 방출 분광법(RICS) 또는 비탄성 X선 방출 분광법(NXES)의 형태를 취할 수 있다.두 분광학 모두 코어 레벨 전자의 광촉진 및 전자가 저에너지 상태로 이완되면서 발생하는 형광의 측정을 포함한다.공명 흥분과 비저항 흥분 사이의 차이는 형광이 발생하기 전의 원자의 상태에서 발생한다.

공진성 흥분에서, 코어 전자는 전도 대역에서 바운드 상태로 촉진된다.비보전성 흥분은 들어오는 방사선이 코어 전자를 연속체로 촉진할 때 발생한다.이런 식으로 코어 구멍이 만들어지면 여러 가지 서로 다른 붕괴 경로 중 하나를 통해 다시 채워지는 것이 가능하다.코어 구멍은 표본의 고에너지 자유 상태에서 다시 채워지기 때문에 붕괴 및 방출 프로세스는 별도의 쌍극자 전환으로 처리해야 한다.이는 사건이 결합되는 RIXS와는 대조적이며, 단일 산란 과정으로 취급되어야 한다.

특성.

소프트 X선은 가시광선과는 광학적 특성이 다르므로 광자 빔을 특수 미러와 회절 그라프트를 사용하여 조작하는 초고진공에서 실험이 이루어져야 한다.

흡수는 들어오는 방사선에 존재하는 각각의 에너지나 파장을 다른 방향으로 분산시킨다.그래팅 모노크롬화기는 사용자가 샘플을 흥분시키기 위해 사용하고자 하는 특정 광자 에너지를 선택할 수 있게 해준다.회절 그라프트는 표본이 방출하는 방사선의 광자 에너지를 분석하기 위해 분광계에도 사용된다.

참고 항목

• X선 흡수 분광기

참조

외부 링크

• 소프트 X선 방출 분광기 - 설명: beamteam.usask.ca

이 글은 추가 또는 더 구체적인 범주가 필요하다. 비슷한 글과 함께 나열할 수 있도록 카테고리를 추가하여 도움을 주길 바란다.(2020년 7월)