Spettroscopia Atomica a Raggi X

Spettroscopia Atomica a Raggi X

Si basa su misure di emissione, assorbimento, diffusione, fluorescenza e diffrazione di radiazione elettromagnetica.

Utilizzo: Determinazione qualitativa e quantitativa di tutti gli elementi con numero atomico maggiore di quello del sodio (¹¹).

Raggi X: Radiazione elettromagnetica a bassa prodotta dalla decelerazione di elettroni ad alta energia o da transizioni elettroniche che coinvolgono elettroni di orbitali atomici interni. L'intervallo di λ dei raggi X è compreso tra 10^-5 Å e 100 Å.

Emissione Di Raggi X

I raggi X per uso analitico si possono ottenere in 4 modi:

1. Bombardando un metallo con un fascio di elettroni ad alta energia;
2. Esponendo una sostanza ad un fascio di raggi X, producendo per fluorescenza un fascio secondario di raggi X;
3. Per decadimento di una sorgente radioattiva che porta all’emissione di raggi X;
4. Sorgente di radiazione di sincrotrone.

Le sorgenti di raggi X producono sia spettri continui che a righe. La radiazione continua è detta radiazione bianca.

Spettri Continui Da Sorgenti A Fascio Di e⁻

In un tubo a raggi X, gli elettroni, prodotti per riscaldamento del catodo vengono accelerati verso l’anodo. Di seguito alle collisioni, una parte dell’energia del fascio elettronico è convertita su raggi X.

Lo SPETTRO X CONTINUO è caratterizzato da un limite inferiore di lunghezze d’onda λ₀ che dipende dal POTENZIALE DI ACCELERAZIONE V.

La RADIAZIONE CONTINUA emessa da una sorgente a fasci di elettroni è originata dalle collisioni tra gli elettroni del fascio e gli atomi sul bersaglio. Ad ogni collisione l’elettrone viene decelerato e viene prodotto un fotone.

SPETTRI DI ASSORBIMENTO

Quando un fascio di raggi X viene fatto passare attraverso uno sottile strato di materiale, le sue intensità decresce in seguito all’assorbimento e diffusione. Lo spettro di assorbimento ed emissione di un elemento consiste di pochi e definiti picchi.

PROCESSO DI ASSORBIMENTO

L’assorbimento di un fotone X provoca l’espulsione di uno degli elettroni più interni di un atomo formando uno ion corecto. L’energia totale hν della radiazione viene ripartita tra energia cinetica dell’elettrone ed energia potenziale dello ione eccitato. Si ha la più alta probabilità di assorbimento quando l’energia del fotone è uguale all’energia richiesta per rimuovere l’elettrone oppure al di fuori dell’atomo.

COEFFICIENTE D’ASSORBIMENTO DI MASSA

La legge di BEER si può applicare all’assorbimento di radiazione X. Quindi possiamo scrivere:

μ = ρ₀ / ρ = μx

• x = spessore del campione in cm
• ρ₀ = intensità dei fasci trasmesso e incidente
• μ = costante detta COEFFICIENTE D’ASSORBIMENTO LINEARE, caratteristica dell’elemento

TUBO A RAGGI X

È un tubo ad alto vuoto in cui è montato un catodo a filamento di tungsteno e un anodo massiccio. L'anodo è costituito da un blocco di rame sulla cui superficie è appoggiato un bersaglio metallico. I materiali bersaglio sono ad esempio, tungsteno, cromio, rame, argento, ferro. Sono usati dei circuiti appositi per scaldare il filamento ed accelerare gli elettroni verso il bersaglio. Un recinto rivelante permette di controllare l’intensità della radiazione X emessa. Parte dell’energia è dissipata sotto forme di calore, per questo, fino a poco tempo fa, gli anodi richiedev-ano un raffreddamento ad acqua. Negli strumenti più moderni il raffreddamento non è necessario, perché i tubi lavorano a potenze minori.

RADIOISOTOPI

Il radioisotopo è incapsulato per evitare la reazione immediata del laboratorio e schermato in modo da assorbire la radiazione in tutte le direzioni tranne una. Alcune sorgenti radioattive forniscono spettri e righe, altre spettri continui.

Nella REGIONE DELLA CAMERA DI IONIZZAZIONE, tra V₁ e V₂ il numero di elettroni che raggiunge il

catodo è costante e rappresenta il numero

totale prodotto da ciascun fotone.

Nella REGIONE DEL CONTATORE PROPORZIONALE, tra

V₃ e V₄, il numero di elettroni aumenta rapidamente

con il potenziale applicato. Questo aumento è

il risultato della produzione di coppie ioniche

successive causata dalla collisione tra gli

elettroni accelerati e le molecole di gas. Si ha un

aumento (amplificazione) delle cariche ioniche.

Nella REGIONE DEL CONTATORE GEIGER, tra V₅ e V₆,

l'amplificazione dell'impulso elettrico è dovuta

una valanga delle parete spaziali positive che

non appena muovono gli elettroni, che si muovono

più velocemente, si allontanano dai più lenti

ioni positivi.

di un fotoelettrone altamente energetico che a sua volta cede l'energia cinetica provocando elettroni di scintilla nello strato di conduzione portando ad un aumento della conducibilità. Applicando

un E.D.P. al cristallo, l'assorbimento di ogni fotone è accompagnato da un impulso di corrente.

DISTRIBUZIONE DELLE AMPIEZZE D'IMPULSO PER TRASDUTTORI DI RAGGI X

Il valore degli impulsi di corrente non sarà costante

le variazioni dipendono dal fatto che l'emissione di fotoelettroni e le generazione di elettroni di

ionizzazione sono processi casuali. Si ha quindi

una distribuzione gaussiana delle ampiezze degli

impulsi intorno ad un valore medio. Le ampiezze

di queste distribuzioni variano e secondo del tipo

di rivelatore, infatti quelli a semiconduttore

forniscono bande di impulsi più strette.