Espectroscopia de absorción de rayos X (XAS)Es una sofisticada técnica analítica basada en la radiación de sincrotrón. Al medir las características de absorción de rayos X de un material, se revela información crucial sobre los estados electrónicos locales y la estructura geométrica de los átomos. Sus principios fundamentales pueden comprenderse a través de dos dimensiones: procesos físicos y regiones energéticas.

I. Proceso físico: transiciones electrónicas e interferencia por dispersión

Cuando la energía de los rayos X incidentes alcanza la energía de ionización de los electrones de la capa interna de un átomo (p. ej., la capa K o la capa L), estos electrones se excitan como fotoelectrones, lo que genera un aumento brusco de la absorción en el borde de absorción. El fotoelectrón se propaga hacia afuera como una onda. Si encuentra átomos vecinos, se produce dispersión elástica (retrodispersión). La onda dispersada interfiere con la onda saliente en el átomo absorbente, causando oscilaciones periódicas en el coeficiente de absorción en función de la energía. Este proceso se describe cuantitativamente mediante la Ley de Lambert-Beer:metro(E) = ln(I₀/I) / d, dondemetro(E) es el coeficiente de absorción, d es el espesor de la muestra, I₀es la intensidad incidente, e I es la intensidad transmitida.

II. Regiones energéticas: análisis sinérgico mediante XANES y EXAFS

Estructura de absorción de rayos X cerca del borde (XANES)

Esta región se centra en las fuertes oscilaciones desde aproximadamente 10 eV por debajo hasta 50 eV por encima del borde de absorción. Refleja múltiples efectos de dispersión del fotoelectrón con los átomos vecinos. Las características espectrales (p. ej., picos preborde, picos hombro) están directamente relacionadas con la densidad de estados electrónicos no ocupados del átomo absorbente. Por ejemplo, los cambios en la posición del borde de absorción permiten el análisis cuantitativo de los cambios en los estados de oxidación de los elementos (p. ej., distinguir Fe²⁺de Fe³⁺), mientras que la presencia de picos pre-borde revela información sobre orbitales moleculares desocupados.

Estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS)

Esta región abarca las oscilaciones débiles de aproximadamente 50 eV a 1000 eV por encima del borde de absorción, originadas por eventos de dispersión individuales del fotoelectrón. La transformada de Fourier de la señal oscilatoria la convierte en una función de distribución radial, proporcionando información precisa como longitudes de enlace (con una precisión de hasta 0,01 Å), números de coordinación y desorden. Por ejemplo, en la investigación de baterías de iones de litio, EXAFS puede revelar la evolución del entorno de coordinación de metales de transición (p. ej., Ni, Co) durante los ciclos de carga/descarga.

III. Modos experimentales: adaptación multimodo y caracterización in situ

Modo de transmisión

Adecuado para muestras de alta concentración (p. ej., polvos, películas delgadas). Calcula el coeficiente de absorción midiendo la relación de intensidad de los rayos X incidentes y transmitidos. El espesor de la muestra debe controlarse para evitar efectos de autoabsorción. Se utiliza comúnmente para el análisis estático de muestras cristalinas, amorfas y líquidas.

Modo de fluorescencia

Utiliza la intensidad de los rayos X fluorescentes emitidos por el átomo objetivo tras la excitación para deducir la absorción, lo que lo hace ideal para sistemas de baja concentración o estudios de átomos individuales (p. ej., sitios activos en la superficie del catalizador). Por ejemplo, en estudios de catalizadores de Pt para pilas de combustible, el modo de fluorescencia puede determinar con precisión el estado de coordinación de los átomos de Pt superficiales.

Técnicas In Situ / Operativas

Combinadas con entornos controlados (alta presión, temperatura, celdas electroquímicas), estas técnicas permiten el seguimiento en tiempo real de los cambios estructurales dinámicos durante las reacciones. Por ejemplo, en el CO electrocatalítico.₂Estudios de reducción, operando XAS, pueden revelar los cambios del estado de oxidación y los mecanismos de reconstrucción de coordinación de los sitios activos del catalizador.

IV. Ventajas técnicas y aplicaciones típicas

La XAS impone requisitos mínimos en cuanto a la forma de la muestra (se pueden usar polvos, líquidos y gases) y no es destructiva. Tiene amplias aplicaciones en la ciencia de materiales, el almacenamiento de energía y la monitorización ambiental. Algunos ejemplos incluyen la resolución de distorsiones estructurales locales y la distribución del estado electrónico en semiconductores dopados con tierras raras; la caracterización del entorno de coordinación de iones metálicos en metaloproteínas (p. ej., hemo) para la investigación biomédica y el diseño de fármacos.

Al analizar sinérgicamente los datos de XANES y EXAFS, combinados con modos de transmisión, fluorescencia y experimentales in situ, XAS se ha convertido en una herramienta fundamental para revelar las relaciones estructura-propiedad de los materiales a escala atómica, impulsando avances desde la investigación fundamental hasta las aplicaciones industriales.

Dandong Tongda Ciencia y Tecnología Co., Ltd..ofrece el Espectrómetro de absorción.A continuación se muestran las especificaciones del producto. Si desea obtener más información sobre este producto o sobre otros...odifractómetros de rayos X y accesorios, ¡no dudes en contactarnos!