Estructura fina de absorción de rayos X extendida
La estructura fina de absorción de rayos X extendida ( EXAFS ), junto con la absorción de rayos X cerca de la estructura del borde ( XANES ), es un subconjunto de la espectroscopia de absorción de rayos X ( XAS ). Al igual que otras espectroscopias de absorción , las técnicas XAS siguen la ley de Beer . El coeficiente de absorción de rayos X de un material en función de la energía se obtiene utilizando rayos X de una resolución de energía estrecha que se dirigen a una muestra y la intensidad de los rayos X incidentes y transmitidos se registra a medida que se incrementa la energía de los rayos X incidente. .
Cuando la energía de rayos X incidente coincide con la energía de enlace de un electrón de un átomo dentro de la muestra, el número de rayos X absorbidos por la muestra aumenta drásticamente, provocando una caída en la intensidad de los rayos X transmitidos. Esto da como resultado un borde de absorción. Cada elemento tiene un conjunto de bordes de absorción únicos que corresponden a diferentes energías de enlace de sus electrones, lo que proporciona selectividad al elemento XAS. Los espectros XAS se recopilan con mayor frecuencia en sincrotrones debido a la alta intensidad de las fuentes de rayos X del sincrotrón que permiten que la concentración del elemento absorbente alcance tan solo unas pocas partes por millón. La absorción sería indetectable si la fuente es demasiado débil. Debido a que los rayos X son altamente penetrantes, las muestras XAS pueden ser gases, sólidos o líquidos.
Los espectros EXAFS se muestran como gráficos del coeficiente de absorción de un material dado frente a la energía , generalmente en un rango de 500 a 1000 eV que comienza antes de un borde de absorción de un elemento en la muestra. El coeficiente de absorción de rayos X generalmente se normaliza a la altura del escalón unitario. Esto se hace regresando una línea a la región antes y después del borde de absorción, restando la línea anterior al borde de todo el conjunto de datos y dividiendo por la altura del paso de absorción, que está determinada por la diferencia entre el borde previo y el borde posterior. líneas de borde en el valor de E0 (en el borde de absorción).
Los espectros de absorción normalizados a menudo se denominan espectros XANES . Estos espectros se pueden usar para determinar el estado de oxidación promedio del elemento en la muestra. Los espectros XANES también son sensibles al entorno de coordinación del átomo absorbente en la muestra. Se han utilizado métodos de impresión digital para hacer coincidir los espectros XANES de una muestra desconocida con los de "estándares" conocidos. El ajuste de combinación lineal de varios espectros estándar diferentes puede dar una estimación de la cantidad de cada uno de los espectros estándar conocidos dentro de una muestra desconocida.
Los espectros de absorción de rayos X se producen en el rango de 200 a 35 000 eV. El proceso físico dominante es aquel en el que el fotón absorbido expulsa un fotoelectrón del núcleo del átomo absorbente, dejando un agujero en el núcleo. El átomo con el agujero central ahora está excitado. La energía del fotoelectrón expulsado será igual a la del fotón absorbido menos la energía de enlace del estado inicial del núcleo. El fotoelectrón expulsado interactúa con los electrones de los átomos no excitados circundantes.
Si se considera que el fotoelectrón expulsado tiene una naturaleza ondulatoria y los átomos circundantes se describen como dispersores puntuales, es posible imaginar las ondas de electrones retrodispersadas interfiriendo con las ondas que se propagan hacia adelante. El patrón de interferencia resultante se muestra como una modulación.del coeficiente de absorción medido, provocando así la oscilación en los espectros EXAFS. Durante muchos años se ha utilizado una teoría simplificada de dispersión simple de onda plana para la interpretación de los espectros EXAFS, aunque los métodos modernos (como FEFF, GNXAS) han demostrado que las correcciones de ondas curvas y los efectos de dispersión múltiple no pueden descuidarse. La amplitud de dispersión de fotelectrones en el rango de baja energía (5-200 eV) de la energía cinética de los fotoelectrones se vuelve mucho mayor, de modo que múltiples eventos de dispersión se vuelven dominantes en los espectros XANES (o NEXAFS).
