تحليل طيف امتصاص الأشعة السينية X - ray absorption
spectroscopy
تستخدم تقنية تحليل طيف امتصاص الأشعة السينية XAS على نطاق واسع، لتحديد التركيب الهندسي المحلي أو الإلكتروني للمادة.
وتطبق التجارب من هذا النوع عند مصادر إشعاع السينكروترون التي توفر حزما مكثفة
ومتناسقة من الأشعة السينية. وقد تكون العينات المستخدمة صلبة، أو سائلة، أو
غازية.
ويحصل على بيانات طيف امتصاص الأشعة السينية بضبط طاقة
الفوتون باستخدام موحد للطاقة بلوري في المدى ما بين 0،1 إلى 100 كيلو إلكترون
فولت لطاقة فوتونات الأشعة السينية، ومن ثم يمكن إثارة الالكترونات الداخلية في
الذرات.
ويختلف نمط طيف امتصاص الأشعة السينية عن نمط الحيود،
حيث يحدث تغير جذري في كثافة الأشعة الممتصة عندما تتساوی طاقة الفوتون
مع مقدار الطاقة المصاحبة لأحد
الإلكترونات في مستويات الطاقة داخل الذرة. وهذا التغير
المفاجئ يسمى حافة. ويحدث تغير كبير في مقدار امتصاص الأشعة السينية في المادة عند
مستويات الطاقة الرئيسية، في حين تحدث تغيرات طفيفة عند مستويات الطاقة الفرعية
(المدارات)؛ لذلك توجد في الغالب أربعة مناطق رئيسية مميزة على بيانات أطياف
امتصاص الأشعة السينية XAS للعناصر الثقيلة.
ويطلق عليها اسم "حافة ارتفاع، ويشار إليها أحيانا بالرمز
XANES امتصاص الأشعة
السينية القريبة من حافة التركيب، أو NEXAFS التركيب الدقيق لامتصاص الأشعة السينية قرب
الحافة. وتكون المنطقة قبل الحافة عند طاقات أقل من حافة ارتفاع، وفي حين تكون
منطقة EXAFS ( البنية الدقيقة الموسعة لامتصاص الأشعة
السينية) عند طاقات أعلى من حافة ارتفاع.
تطبيقات تحليل طيف امتصاص الأشعة السينية
تستخدم تقنية تحليل طيف امتصاص الأشعة السينية في
المجالات العلمية المختلفة بما في ذلك الفيزياء الجزيئية، وفيزياء المادة المكثفة،
وعلم هندسة المواد والكيمياء، وعلم الأرض ( الجيولوجيا )، وعلم الأحياء. وتتضمن
تلك الدراسات والفحوصات ما يلي:
·
أنظمة المواد
الصلبة والسائلة غير المتبلورة Amorphous solids and liquid systems
·
المحاليل الصلبة Solid
solutions
·
المواد المنشطة
بواسطة عناصر مختلفة، والمواد المضافة إليها أيونات، والمخصصة لصناعة الالكترونيات
Doping
and ion implantation materials for electronics.
·
التشوهات المحلية
في الشبكة البلورية للمواد المتبلورة Local distortions of crystal lattices
·
المركبات العضوية-
الفلزية organometallic compounds –
·
البروتينات
المحتوية على فلزات Metalloproteins
·
العناقيد المعدنية
Metal
clusters
·
الحفز الكيميائي catalysis.
·
ديناميكية
الذبذبات Vibrational dynamics .
·
الأيونات في
المحاليل Ions in solutions.
·
دراسة توزيع عنصر
ما خلال فصيلة كيميائية محددة ( نموذج جزيء محدد ) في عينة iation of
elements
·
الماء السائل
والمحاليل المائية Liquid water and aqueous solutions.
تطبيقات أخرى للأشعة السينية في المجال العلمي
·
رصد العناصر
الأثقل من اليورانيوم، وهي قصيرة العمر في الغالب، مثل: العنصر 104 عن طريق
التحليل الطيفي للأشعة السينية
·
يمكن تحليل
الخصائص الفيزيائية للمادة التي تنبعث منها الأشعة السينية، مثل: درجة الحرارة،
والكثافة، أو تكوين البلازما ذات درجة الحرارة المرتفعة عن طريق التحليل الطيفي
للأشعة السينية.
·
طاقة الربط
للإلكترونات ضعيفة الارتباط في المدارات الذرية تعكس الحجم النووي؛ لأنه وجد في
الذرات الثقيلة أن أعمار الشواغر في مستويات الطاقة الداخلية أصغر بكثير من عمر
أنوية عديدة، ويمكن تحديد أنصاف أقطار الأنوية المثارة باستخدام التحليل الطيفي
للأشعة السينية المنبعثة أثناء اضمحلال بيتا (أو الأسر الإلكتروني).
·
يسمح التحليل
الطيفي للأشعة السينية بالحصول على معلومات حول عملية إثارة الذرات أثناء إنتاج
الأشعة السينية عبر فحص خطوط انتقال الأشعة السينية الناتجة عن أسر الإلكترون.
·
تحديد الأعمار
النووية التي تتأرجح حول الفترة الزمنية 110 ثانية أثناء عملية الاضمحلال النووي.
·
تستخدم الأشعة
السينية في تحليل بنية الجزيئات الضخمة، مثل: الهيموجلوبين، والأنسولين، والحمض
النووي DNA
ما سبق ذكره في هذا الفصل من تطبيقات الأشعة السينية في
المجال العلمي بمثابة نماذج وليس حصرا شاملا؛ ومن المتوقع أن تتزايد تلك التطبيقات
مع التقدم العلمي.
المصادر
1. N. M.
Winch, A. Edgar, X-ray imaging using a consumer-grade digital camera,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 654 (2011) pages
308–313.
2. K. L. Mcaughey. et. al., Ultrasonic Thickness Measurements of
Sub millimetre Thickness Sheets, 18th World Conference on
Nondestructive Testing, 16-20 April (2012), Durban, South Africa.
3. J.Y. Kim, et. al., Thickness measurement of organic films
using Compton scattering of characteristic
X-rays, Applied Radiation and Isotopes, Vol. 69 (2011) pages 1241–1245.
4. R. M. Atanasio, R. A. Williams, X. Jia, Combining X-ray microtomography with computer simulation for analysis of
granular and porous materials, Particuology, Vol. 8 (2010) pages 81–99.
5. I. S. Arvanitoyannis, Irradiation of Food Commodities, Ch. 17:
Consumer Behavior toward Irradiated Food, Elsevier and Academic
Press (2010) pages 673-698.
6. J. H. Behrens, et. al., Brazilian consumer views on food
irradiation, Innovative Food Science and
Emerging Technologies, Vol. 10 (2009) pages 383–389.
7. I. S.
Arvanitoyannis, Irradiation of Food Commodities, Ch. 1: Legislation on Food Irradiation: European Union, United States,
Canada, and Australia, Elsevier and Academic Press ( 2010) pages 3-20.
8. S. R. Moosekian, et. al., X-Ray Irradiation as a Microbial
Intervention Strategy for Food, Annual Review of
Food Science and Technology, Vol. 3 (2012) pages 493-510.
9. A. Sharma, P. Madhusoodanan, Techno-commercial aspects of food irradiation in India, Radiation Physics and Chemistry,
Vol. 81 (2012) pages 1208–1210.
10. C. Shin, et. al., A preliminary approach
to identify irradiated foods by thermoluminescence
measurements, Journal of Luminescence, Vol. 132 (2012) pages 1619-1622.
11. M. S. Nielsen, et. al., X-ray dark-field
imaging for detection of foreign bodies in food, Food
Control, Vol. 30 (2013) pages 531-535.
تعليقات
إرسال تعليق