Juan David Alvarino Alvarino Morales Luis Eduardo Eduardo Palencia Anaya Anaya Pedro Luis Vidal Vidal González
ABSORCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA
Proceso de Absorción: La absorción de un cuanto de rayos X produce la expulsión de uno de los
electrones más internos de un átomo, lo cual da como resultado la producción de un ion excitado. En este proceso, la energía total de la radiación hv se hv se divide entre la energía cinética del electrón (el fotoelectrón y la energía potencial del ion excitado. Espectros de Línes de R!os X: Los espectros de línea de rayos X son el resultado de transicion transiciones es electrónic electrónicas as en los orbitales orbitales atómicos atómicos más internos. internos. La serie K de de longitud de onda corta se produce cuando los electrones de alta energía !ue proceden del cátodo sacan electrones de los orbitales más cercanos al n"cleo de los átomos del blanco. La colisión da lugar a la formación de iones excitados !ue después emiten cuantos de radiación X cuando los electrones provenientes de los orbitales externos sufren transiciones #acia el orbital !ue #a !uedado vacío. La serie L de líneas se produce cuando el segundo nivel cuántico principal pierde un electrón, ya sea por la expulsión de un electrón proveniente del cátodo o por la transición de un electrón L a un nivel $ !ue produce un cuanto de radiación $. Es importante resaltar !ue la escala de energías de la figura es logarítmica. %or tanto, la diferencia de energía entre los niveles L y $ es muc#o más grande !ue entre los niveles & y L. Entonces, las líneas $ aparecen a longitudes de onda más cortas.
Espectro de bsorción de r!os X pr e" p"o#o ! " p"t$ 'n espectro de absorción de rayos x consiste en un gráfico donde la variable dependiente es el Coe%iciente de Absorcion de Ms & y la variable independiente es la "on'it(d de ond, cada pico en el diagrama corresponde a una transición electrónica de los niveles de energía superior al nivel energía excitado.
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Coe%iciente de bsorción de #s La ley de eer es aplicable tanto a los procesos de absorción de rayos X como a otros tipos de radiación electromagnética) por consiguiente, se puede plantear ln
P = μx P o
donde x es el espesor de la muestra en centímetros y % y % * son las potencias de los #aces transmitido e incidente. La constante + se denomina coeficiente de absorción lineal y es característico del elemento así como el n"mero de sus átomos !ue están en la trayectoria del #a. 'na manera más adecuada de escribir la ley de eer es ln
P = μ M ρ x P o
donde
ρ es " densidd de " #(estr y
μ M es e" coe%iciente de bsorción de #s , un
parámetro !ue es independiente del estado físico y !uímico del elemento. -sí, el coeficiente de absorción de masa del bromo tiene el mismo valor tanto para el r gaseoso como para el bromato de sodio sólido. /ote !ue el coeficiente de absorción de masa tiene unidades de cm 0 1g. Los coeficientes de absorción de masa son funciones aditivas de las fracciones en peso de los elementos contenidos en una muestra. %or consiguiente,
μ M =W A μ A + W B μ B+ W B μ B+ … donde
μ M es el coeficiente de absorción de masa de una muestra !ue contiene fracciones en
peso 2-, 2, y 23 de los elementos -, y 3. Los términos respectivos coeficientes de absorción de masa para cada elemento.
COMPONENTES DEL E$ DE ABSORCI)N AT)MICA
μ A ,
μB , y
μC son los
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*(entes: 4e pueden encontrar tres tipos de fuentes, !ue son5 tubos, radioisótopos y fuentes de fluorescencia secundaria. 6+ T(bo de r!os X 5 Es un tubo de alto vacío en el cual está instalado un cátodo de filamento de 7olframio y un ánodo. %or lo general este "ltimo es un blo!ue grande de cobre con un blanco metálico depositado sobre la superficie del blo!ue.
Mteri"es ,(e constit(!en e" b"nco 5 Entre los materiales !ue se usan como blanco están metales como 7olframio, cromo, cobre, molibdeno, rodio, escandio, plata, #ierro y cobalto.
Mteri"es ,(e constit(!en e" b"o,(e 5 %ara el blo!ue se usan metales de alta purea de de 3romo, 3obre, &olibdeno o 2olframio.
Mteri" de " -entn 5 El material usado para la ventana es el berilio.
.+ E%icienci de " *(ente: Este proceso posee poca eficiencia, menos del 68 de la energía eléctrica se transforma en energía radiante, y el resto se disipa como calor. 9ebido a esto, #asta #ace relativamente poco tiempo se re!uería agua para enfriar los ánodos de los tubos de rayos X.
/+ Rdioisótopos5 :
4e utilian como fuentes de fluorescencia y absorción.
:
4e encapsula para prevenir contaminación y para !ue absorba radiación solo en determinadas direcciones.
:
Las me;ores fuentes radiactivas proporcionan espectros de líneas sencillas y otros un espectro continuo.
:
9ependiendo de las curvas de absorción el selecciona el radioisótopo.
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0+ *(entes *"(orescentes Sec(ndris5 :
En algunas ocasiones para los espectros de fluorescencia de un elemento, este es excitado por medio de la radiación de un tubo de rayos x.
:
La venta;a !ue tiene es !ue se puede eliminar la componente contin"a emitida por la fuente primaria.
*i"tros:
Es una lámina generalmente metálica, que se coloca en la trayectoria de un haz de radiación, para alterar la distribución espectral de dicho haz. Es importante utiliar solo un rango de longitudes de onda, es por ello !ue se utilian filtros como monocromadores. %or esta raón es !ue se usan blancos < filtros, con el fin de aislar unas de las líneas intensas del blanco. Esta técnica está limitada por el n"mero de combinaciones blanco < filtro !ue se pueden utiliar.
Monocro#dor: 3onsta de los siguientes componentes5
1n pr de Co"i#dores5 placas metálicas o tubos de metal poco espaciados, !ue absorben todos los #aces de radiación excepto los #aces paralelos.
Crist" n"i2dor 5 Es un mono cristal instalado sobre un goniómetro o placa rotatoria !ue permite variar y determinar de forma precisa el -ngulo θ , formado por la cara del cristal y el #a incidente colimado.
Detectores: Contdor 3ei'er: 3onsiste en un tubo !ue contiene gas inerte (-r y un filamento central !ue act"a como ánodo a un potencial de =* a 0>** ?.
Contdores Proporcion"es5 son similares a los @eiger. La principal diferencia es !ue contienen gases nobles pesados (Xe ó $r, más fácilmente ioniables !ue el argón y, en consecuencia, pueden operar a volta;es inferiores.
Contdor de Cente""eo: 4e basa en la propiedad !ue poseen los rayos X de producir fotones cuando inciden sobre algunas sustancias, tales como yoduro sódico dopado con talio. Los fotones luminosos emitidos se transforman en i mpulsos eléctricos mediante un tubo fotomultiplicador asociado al detector.
TECNICAS DE ABSORCION: XA*S 4X5r! Absorption *ine Str(ct(re+: revela valiosa información con respecto a la estructura electrónica y geométrica del material, como lo representa la determinación del tipo de especie atómica, distancias interatómicas y n"mero de coordinación del átomo !ue absorbe la radiación (n"mero de átomos vecinos !ue lo rodean. X-A4 es una de las pocas técnicas !ue pueden estudiar la estructura molecular de especies !uímicas en solución o en sólidos amorfos como el vidrio y, para sólidos cristalinos, provee información !ue es complementaria a técnicas a largo rango como las nombradas anteriormente.
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XANES 4X5r! Absorption Ner Ed'e Str(ct(re+: Es una técnica muy relacionada con el EX-A4 (absorción pero solo se analia la ona de absorción ;usto después del borde y permite principalmente el estudio de los estados de oxidación de los diferentes elementos, aun!ue no tiene gran utilidad para abarcar estudios estructurales. Es muy utiliado para la caracteriación de los estados de oxidación de los metales de transición.