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…