Rentgeno spindulių spektroskopija yra technika, kuria nustatomi ir matuojami fotonai ar šviesos dalelės, kurių bangos ilgiai yra elektromagnetinio spektro rentgeno dalyje. Jis naudojamas mokslininkams padėti suprasti chemines ir elementines objekto savybes.
Yra keletas skirtingų rentgeno spindulių spektroskopijos metodų, kurie naudojami daugelyje mokslo ir technologijos disciplinų, įskaitant archeologiją, astronomiją ir inžineriją. Šie metodai gali būti naudojami atskirai arba kartu, norint sukurti išsamesnį analizuojamos medžiagos ar objekto vaizdą.
Istorija
Už tai, kad 1895 m. Buvo aptikti rentgeno spinduliai, vokiečių fizikas Wilhelmas Conradas Röntgenas buvo apdovanotas pirmąja Nobelio fizikos premija 1901 m. Jo naująją technologiją greitai pritaikė kiti mokslininkai ir gydytojai, teigia SLAC Nacionalinė greitintuvo laboratorija.
Charlesas Barkla, britų fizikas, 1906–1908 metais atliko tyrimus, kurie paskatino sužinoti, kad rentgenas gali būti būdingas atskiroms medžiagoms. Jo darbas taip pat pelnė Nobelio fizikos premiją, tačiau tik 1917 m.
Rentgeno spindulių spektroskopijos panaudojimas iš tikrųjų buvo pradėtas šiek tiek anksčiau, 1912 m., Pradedant tėvo ir sūnaus komanda, kurią sudarė britų fizikai Williamas Henry Bragg ir William Lawrence Bragg. Jie panaudojo spektroskopiją, norėdami ištirti, kaip rentgeno spinduliuotė sąveikauja su atomais kristaluose. Jų technika, vadinama rentgeno kristalografija, kitais metais tapo standartu šioje srityje ir 1915 m. Jie laimėjo Nobelio fizikos premiją.
Kaip veikia rentgeno spektroskopija
Kai atomas yra nestabilus arba bombarduojamas didelės energijos dalelėmis, jo elektronai pereina iš vieno energijos lygio į kitą. Kai elektronai prisitaiko, elementas sugeria ir išskiria didelės energijos rentgeno fotonus tokiu būdu, kuris būdingas atomams, kurie sudaro tą konkretų cheminį elementą. Rentgeno spektroskopija matuoja tuos energijos pokyčius, o tai leidžia mokslininkams identifikuoti elementus ir suprasti, kaip skirtingų medžiagų atomai sąveikauja.
Yra du pagrindiniai rentgeno spektroskopijos metodai: bangos ilgio dispersinė rentgeno spektroskopija (WDXS) ir energiją išsklaidanti rentgeno spektroskopija (EDXS). WDXS matuoja vienos bangos ilgio rentgeno spindulius, kuriuos išskiria kristalai. EDXS matuoja elektronų skleidžiamą rentgeno spinduliuotę, kurią stimuliuoja didelės energijos įkrovos dalelės.
Abiem būdais spinduliuotės pasiskirstymas parodo medžiagos atominę struktūrą, taigi ir analizuojamo objekto elementus.
Kelios paraiškos
Šiandien rentgeno spindulių spektroskopija naudojama daugelyje mokslo ir technologijų sričių, įskaitant archeologiją, astronomiją, inžineriją ir sveikatą.
Antropologai ir archeologai gali aptikti paslėptą informaciją apie senovės artefaktus ir palaikus, kuriuos jie randa analizuodami juos rentgeno spindulių spektroskopijos būdu. Pvz., Lee Sharpe, Ajovos Grinnell koledžo chemijos profesorius ir jo kolegos, naudojo metodą, vadinamą rentgeno fluorescencijos (XRF) spektroskopija, kad nustatytų obsidianinių rodyklių galvučių, kurias priešistoriniai žmonės padarė Šiaurės Amerikos pietvakariuose, kilmę. Komanda paskelbė savo rezultatus 2018 m. Spalio mėn. Žurnale „Archaeological Science: Reports“.
Rentgeno spektroskopija taip pat padeda astrofizikams sužinoti daugiau apie tai, kaip veikia objektai kosmose. Pavyzdžiui, tyrėjai iš Vašingtono universiteto Sent Luise planuoja stebėti rentgeno spindulius, sklindančius iš kosminių objektų, tokių kaip juodosios skylės, norėdami sužinoti daugiau apie jų savybes. Komanda, kuriai vadovauja eksperimentinio ir teorinio astrofiziko Henrichas Krawczynskis, planuoja išleisti rentgeno spektrometrą, vadinamą rentgeno poliarimetru. Nuo 2018 m. Gruodžio mėn. Instrumentas Žemės atmosferoje bus sustabdytas ilgai veikiančiu helio pripildytu balionu.
Jurijus Gogotsi, chemikas ir medžiagų inžinierius iš Drexelio universiteto Pensilvanijoje, sukuria purškiamas antenas ir vandens gėlinimo membranas su medžiagomis, išanalizuotomis rentgeno spektroskopijos būdu.
Nematomos purškiamos antenos yra vos kelių dešimčių nanometrų storio, tačiau jos gali perduoti ir nukreipti radijo bangas. Technika, vadinama rentgeno absorbcijos spektroskopija (XAS), padeda įsitikinti, kad neįtikėtinai plonos medžiagos sudėtis yra teisinga, ir padeda nustatyti laidumą. „Norint, kad antenos veiktų gerai, reikalingas didelis metalo laidumas, todėl mes turime atidžiai stebėti medžiagą“, - teigė Gogotsi.
Gogotsi ir jo kolegos taip pat naudoja rentgeno spektroskopiją, norėdami išanalizuoti sudėtingų membranų, šalinančių vandenį, paviršiaus chemiją, filtruodami specifinius jonus, tokius kaip natris.
Rentgeno spindulių spektroskopiją taip pat galima rasti keliose medicinos tyrimų ir praktikos srityse, tokiose kaip šiuolaikiniai kompiuterinės tomografijos aparatai. Rinkdami rentgeno spinduliuotės absorbcijos spektrus atliekant KT nuskaitymus (naudojant fotonų skaičiavimą ar spektrinį KT skaitytuvą), galima gauti išsamesnės informacijos ir kontrasto apie tai, kas vyksta kūne, esant mažesnėms rentgeno spinduliuotės dozėms ir naudojant mažiau arba nereikia jų naudoti. kontrastinės medžiagos (dažai), teigia Phuong-Anh T. Duong, Emory universiteto Radiologijos ir vaizdavimo mokslų departamento KT direktorius Džordžijoje.
Toliau skaitymas:
- Skaitykite daugiau apie NASA vaizduojamąjį rentgeno spindulių poliarimetrijos tyrėją.
- Sužinokite daugiau apie rentgeno ir energijos nuostolių spektroskopiją iš Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos.
- Peržiūrėkite šią NASA žvaigždžių rentgeno spindulių spektroskopijos pamokų planų seriją.
