XAS
ESPECTROSCOPIA 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
MII, III
MI
LII, III
LI
K
Estructura electrónica del Mo
• Niveles electrónicos
MII, III
MI
LII, III
LI
K
Radiação eletromagnética
Frequência (Hz)
108
1010
1014
1015
1016
1018
1020
Comprimento (m)
3
10-2
10-6
10-7
10-8
10-10
10-12
Energia (eV)
10-7
10-5
10-1
1
10
103
105
XAS
Opera na faixa de raios- X duros
XAS
ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
Baseada em medições na seção de choques para a absorção de
fótons pelos elétrons de camadas internas.
Objetivo
Determinar a identidade, quantidade, estrutura e
ambiente dos átomos, moléculas, e íons através da
analise da radiação absorvida ou emitida por estes.
Absorção
Intensidade inicial - Io
Intensidade 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
Oscilações de EXAFS
Esp. da estrutura fina de absorção (EXAFS)
E rad. = E ligação dos e-
camadas internas
Borda de absorção
Esp. de alta resolução da borda de absorção (XANES)
Espectroscopia de alta resolução da borda de absorção (XANES)
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)
Borda de absorção
Espectroscopia da estrutura fina de absorção (EXAFS)
Oscilações de EXAFS
Interferência da vizinhança
XAFS
Oscilações de EXAFS
Neste processo, a absorção e modulada por essa interferência
provocando o surgimento de oscilações apos a borda de absorção.
Átomo absorvedor
Átomo espalhador
Função de onda emergente
Função de onda retroespalhada
1ra esfera de coordenação
Esta intrinsecamente ligado a distancia, quantidade e
desordem dos átomos vizinhos em relação ao absorvedor.
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
EXAFS
• estrutura e simetria local
• desordem local
• Identificação dos elementos
• estado eletrônico
XANES
XAS
ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
1895- Descoberta dos raios-X por Wilhelm Rontgen
1913- Maurice de Broglie observou pela primeira
vez 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 que produz a fonte de luz síncrotron?
O equipamento gera uma potente energia, que abrange quatro faixas
do espectro eletromagnético:
o raio infravermelho
a luz visível
o raio ultravioleta
o raio X
Como é gerada a Radiação Síncrotron
Câmaras de vácuo
Imãs dipolares
Elétrons em orbita circular
Aceleração progressiva
Similar ao acelerador
Dipolos, quadrupolos e sextupolares
Focalização do feixe eletrônico
Acelerador
circular
Anel de armazenamento
Injeção de elétrons
Campo elétrico
Acelerador linear
http://www.esrf.fr/Decouvrir/Visitevirtuelle/Animation
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
Imã de curvatura
ou dipolo
colimador
Linha de luz
Concentração do feixe de eSDeixar o feixe mais fino
Muito intenso
ondulador
Estrutura magnética
Formada por pequenos imãs
Forçam os elétrons a seguir uma trajetória ondulada
Formando feixe de luz intenso e concentrado
Parede de
concreto
ondulador
dipolos
Booster ou acelerador circular
luz
Experimental – Linhas de luz
Anel
ESRF – Grenoble - França
Experimental – Linhas de luz
Linhas XAS
Síncrotrons no mundo
Location
Institution
Europe
Denmark:
ISA (Aarhus).
France:
LURE (Orsay), Soleil (Orsay).
Germany:
ANKA (Karlsruhe), BESSY (Berlin), DELTA (Dortmund), ELSA (Bonn),
HASYLAB (Hamburg).
Italy:
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 II (Gaithersburg MD).
Asia
China (PR):
BSRF (Beijing).
India:
INDUS 1 and 2 (Indore).
Japan:
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)
 Início da construção: 1987
Inauguração: 2 de julho de 1997
 equipamento desenvolvido, construído e
operado por brasileiros.
 única fonte de luz síncrotron existente na
américa do sul.
Associação Brasileira de Tecnologia de Luz
Síncrotron (ABTLuS).
CNPq e MCT (Ministério da Ciência e
Tecnologia), orçamento de  R$28 milhões/ano
 Utilização : submissão de um projeto,
descrevendo os objetivos dos experimentos.
LNLS – linha de luz
Linhas de luz: onde são realizados os experimentos.
monocromador
Fendas e
janelas
Cabine Óptica
Permite ajustar a frequência da luz ao tipo de
experimento a ser realizado
Seleção da faixa do espectro eletromagnético
São cristais de planos idênticos
como Si (111), Ge (400), Be ou quartzo
Cada um com sua especialidade:
Técnicas
Ajustes experimentais
Linhas de luz: onde são realizados os experimentos.
Detector: mede o fluxo de fótons
antes e depois da amostra.
Amostra e detectores
Cabine Experimental
monocromador
= ln(I1/I0)/d
Software de Simulação XAS
Cabine de Controle
Programas Vendidos
WinXas
http://www.winxas.de (tem uma versão demo)
U$ 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.)
Programas Gratuitos
http://ixs.iit.edu/IXS
IFEFFIT
Exemplos de aplicações científicas
Biologia
Química
Medicina
Ciência da terra
Física
Materiais
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.
Estudar novas formas de energia
menosNanofísica
poluente, analisar qualidade
dos solos ou águas contaminadas.
Ou estudar os fenômenos naturais
como os vulcões…
Desenvolvimento de novos materiais
Meio ambiente
Indústria
Desenvolvimento de novos
produtos, caracterização de
dispositivos microeletrônicos,
medicamentos…