XAS ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX (X-ray absorção Spectroscopy)
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XASESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
(X-ray absorção Spectroscopy)
Um fóton pode ser absorvido ou espalhado por um átomo devido a diferentes processos. Cada uns destes processos depende da Energia do fóton incidente.
Fótons E > 1000 eV (raios X duros)
Efeito Foto-elétrico
Os fotons são absorvidos por um átomo quando possuem energia suficiente para promover e- desse átomo para níveis energético superiores.
Estructura electrónica del Pt
• Niveles electrónicos
KLI
LII, III
MI
MII, III
Estructura electrónica del Mo
• Niveles electrónicos
KLI
LII, III
MI
MII, III
Radiação eletromagnética
Ondas de rádioMicroondas Infraverm
elhoLuz visívelUltravioletaRaios X
Raios
Frequência (Hz)
Comprimento (m)
Energia (eV)
108 1010 1014 1015 1016 1018 1020
3 10-2 10-6 10-7 10-8 10-10 10-12
10-7 10-5 10-1 1 10 103 105
XAS
Opera na faixa de raios- X duros
XASESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
Objetivo
Determinar a identidade, quantidade, estrutura e ambiente dos átomos, moléculas, e íons através da analise da radiação absorvida ou emitida por estes.
Baseada em medições na seção de choques para a absorção de fótons pelos elétrons de camadas internas.
Absorção
Intensidade inicial - IoIntensidade final - I
I = Io e-t
: coeficiente linear de absorção (depende da energia da radiação)
t : espessura da amostra
O produto t é chamado de coeficiente de absorção da amostra
Borda de absorção
Oscilações de EXAFS
Esp. de alta resolução da borda de absorção (XANES)
Esp. da estrutura fina de absorção (EXAFS)
E rad. = E ligação dos e-
camadas internas
Borda de absorção
A radiação de raios X que incide sobre a amostra vai provocar a emissão de um elétron de um orbital interno (caroço) que vai ser promovido e ejetado ao estado final (Ocorrendo a borda de absorção)
Espectroscopia de alta resolução da borda de absorção (XANES)
Interferência da vizinhançaXAFS
Oscilações de EXAFS
Espectroscopia da estrutura fina de absorção (EXAFS)
Oscilações de EXAFS
Esta intrinsecamente ligado a distancia, quantidade e desordem dos átomos vizinhos em relação ao absorvedor.
Átomo absorvedorÁtomo espalhadorFunção de onda emergenteFunção de onda retroespalhada
Neste processo, a absorção e modulada por essa interferência provocando o surgimento de oscilações apos a borda de absorção.
1ra esfera de coordenação
Quais informações podemos obter de XAS ?
Informações sobre a organização local em torno de um elemento químico
• a natureza dos vizinhos• número de vizinhos• a distância dos vizinhos• estrutura e simetria local• desordem local
• Identificação dos elementos• estado eletrônico
EXAFS
XANES
XASESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
1895- Descoberta dos raios-X por Wilhelm Rontgen
1913- Maurice de Broglie observou pela primeiravez uma borda de absorção de raios-x
A partir de 1960 - construção dos primeiros síncrotrons - XAS tornou-se disponível com o desenvolvimento de fontes da radiação do sincrotron, introduziu métodos experimentais poderosos para a investigação de estruturas atômicas e molecular dos materiais
O que é a Radiação Síncrotron?
São ondas de energia emitidas (radiação eletromagnética) por partículas carregadas, cujo o curso foi afetado quando elas se movimentavam numa velocidade aproximada à da luz.
O comprimento de onda da radiação depende da velocidade e do peso das partículas.
O equipamento gera uma potente energia, que abrange quatro faixas do espectro eletromagnético:
O que produz a fonte de luz síncrotron?
o raio infravermelhoa luz visível
o raio ultravioleta o raio X
Como é gerada a Radiação Síncrotron
http://www.esrf.fr/Decouvrir/Visitevirtuelle/Animation
Injeção de elétronsCampo elétrico
Câmaras de vácuoImãs dipolaresElétrons em orbita circularAceleração progressiva
Similar ao aceleradorDipolos, quadrupolos e sextupolaresFocalização do feixe eletrônico
Anel de armazenamento
Acelerador linear
Acelerador circular
Que ocorre dentro do anel? Entrada de elétrons num campo elétrico (câmeras de vácuo, imãs dipolares), elétrons em órbita circular são acelerados progressivamente
O anel tem 18 dipolos
Anel de armazenamento
Linha de luzcolimador
Concentração do feixe de eS-
Deixar o feixe mais finoMuito intenso
Imã de curvaturaou dipolo
ondulador
Estrutura magnéticaFormada por pequenos imãsForçam os elétrons a seguir uma trajetória onduladaFormando feixe de luz intenso e concentrado
Booster ou acelerador circular
ondulador
luz
dipolos
Parede de concreto
Experimental – Linhas de luz
Anel
ESRF – Grenoble - França
Experimental – Linhas de luz
Linhas XAS
Síncrotrons no mundo Location I nstitution Europe Denmark: ISA (Aarhus). France: LURE (Orsay), Soleil (Orsay).
Germany: ANKA (Karlsruhe), BESSY (Berlin), DELTA (Dortmund), ELSA (Bonn), HASYLAB (Hamburg).
I taly: Elettra (Trieste). Spain: ALBA (Barcelona). Sweden: MAX (Lund). Switzerland: SLS (PSI) (Villigen). United Kingdom: Diamond (Didcot), SRS (Daresbury). Americas Brazil: LNLS (Campinas SP). Canada: CLS (Saskatoon).
USA: ALS (Berkeley CA), APS (Argonne IL), CAMD (Baton Rouge LA), DFELL (Durham NC), CHESS (Ithaca NY), NSLS (Upton NY), SRC (Madison WI), SSRL (Stanford CA), SURF I I (Gaithersburg MD).
Asia China (PR): BSRF (Beijing). I ndia: INDUS 1 and 2 (Indore). J apan: Photon Factory (Tsukuba), SPring-8 (Nishi Harima). Russia: SSRC (BINP) (Novosibirsk). South Korea: Pohang Accelerator Lab (Pohang). Taiwan: SRRC (Hsinchu). Australia Australia: Australian Synchrotron (Melbourne).
Síncrotron Energia (GeV) Circunferência (m)
Linhas
SPRING-8 8 1436 62
APS 7 1104 70
ESRF 6 844 40
LNLS 1,37 93 18
SOLEIL 2,75 354 em construção
SPRING-8 - Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japão, www.spring8.or.jp
APS – Advanced Photon Source, EUA, www.aps.anl.gov
ESRF – European Synchrotron Radiation Facility, França, www.esrf.fr
LNLS – Laboratorio Nacional de Luz Síncrotron, Brasil, www.lnls.br
SOLEIL - Source Optimisée de Lumière d'Energie Intermédiaire du LURE www.synchrotron-soleil.fr
LNLS (Laboratorio Nacional de Luz Síncrotron)
Inauguração: 2 de julho de 1997
única fonte de luz síncrotron existente na américa do sul.
equipamento desenvolvido, construído e operado por brasileiros.
Associação Brasileira de Tecnologia de Luz Síncrotron (ABTLuS).
CNPq e MCT (Ministério da Ciência e Tecnologia), orçamento de R$28 milhões/ano
Utilização : submissão de um projeto, descrevendo os objetivos dos experimentos.
Início da construção: 1987
LNLS – linha de luz
Linhas de luz: onde são realizados os experimentos.
Cada um com sua especialidade:TécnicasAjustes experimentais
Permite ajustar a frequência da luz ao tipo de experimento a ser realizadoSeleção da faixa do espectro eletromagnéticoSão cristais de planos idênticoscomo Si (111), Ge (400), Be ou quartzo
Fendas e janelas
monocromador
Cabine Óptica
Linhas de luz: onde são realizados os experimentos.
Detector: mede o fluxo de fótons antes e depois da amostra.
= ln(I1/I0)/d
monocromador
Amostra e detectores
Cabine Experimental
Programas VendidosWinXas
http://www.winxas.de (tem uma versão demo)
U$ 200,00(prim.licença) +100,00 (lic. adic.)
FEFF (+ Atoms)
http://leonardo.phys.washingon.edu/feff/
FEFF6 - U$300,00 (prim. licença) + U$ 150,00 (lic. adic.)
FEFF7 - U$350,00 (prim. licença) + U$ 175,00 (lic. adic.)
FEFF8 - U$400,00 (prim. licença) + U$ 200,00 (lic. adic.)
Software de Simulação XAS
Programas Gratuitoshttp://ixs.iit.edu/IXS
IFEFFIT
Cabine de Controle
Exemplos de aplicações científicas
Biologia
Química
Medicina
Ciência da terra
Física
Materiais
Meio ambiente
Indústria
Interesse em proteínas e suas estruturas tridimensionais
Reações in-situ: estudo das transições de fases
Melhorar as técnicas tradicionais de RX
Interesse dos geofísicos na composição e na estrutura dos materiais presentes na
crosta terrestre.
Nanofísica
Desenvolvimento de novos materiais
Estudar novas formas de energia menos poluente, analisar qualidade dos solos ou águas contaminadas.Ou estudar os fenômenos naturais
como os vulcões…
Desenvolvimento de novos produtos, caracterização de
dispositivos microeletrônicos, medicamentos…