شناسایی مواد با روشهای طیفسنجی
شناسایی مواد با روشهای طیفسنجی از برهمکنش نور، پرتو ایکس و ذرات با یک ماده برای تعیین ترکیب، حالت شیمیایی و پیوندهای آن استفاده میکند و تصویر ساختاری حاصل از پراش و میکروسکوپی را تکمیل مینماید.
Definition
شناسایی مواد با روشهای طیفسنجی، تعیین ترکیب عنصری، حالت شیمیایی و پیوندهای یک ماده با اندازهگیری چگونگی جذب، گسیل یا پراکندگی فوتونها یا چگونگی آزاد شدن الکترونها تحت تحریک، در سراسر نواحی مربوطه از طیف الکترومغناطیسی است.
Scope
این موضوع به روشهای طیفسنجی مورد استفاده برای تحلیل مواد میپردازد: طیفسنجیهای ارتعاشی (فروسرخ و رامان) که اثر انگشت پیوندها و فازها را نشان میدهند؛ طیفسنجیهای فوتوالکترون پرتو ایکس و اوژه که ترکیب سطحی و حالت اکسیداسیون را گزارش میکنند؛ و جذب پرتو ایکس و سایر روشها که ساختار محلی و حالت الکترونیکی را بررسی میکنند. این بخش به آنچه هر تکنیک اندازهگیری میکند، حساسیت سطحی یا حجمی آن، و چگونگی شناسایی گونههای شیمیایی و محیطهای پیوندی توسط دادههای طیفسنجی میپردازد.
Core questions
- چگونه طیفهای ارتعاشی پیوندها را آشکار کرده و فازها را شناسایی میکنند؟
- چگونه روشهای فوتوالکترون و اوژه ترکیب سطحی و حالت اکسیداسیون را ارائه میدهند؟
- چگونه جذب پرتو ایکس ساختار محلی و حالت الکترونیکی را بررسی میکند؟
- چگونه روشهای حساس به سطح و حجمی انتخاب و ترکیب میشوند؟
Key concepts
- طیفسنجی فروسرخ و رامان
- طیفسنجی فوتوالکترون پرتو ایکس
- طیفسنجی الکترون اوژه
- طیفسنجی جذب پرتو ایکس
- حساسیت سطحی در مقابل حجمی
- حالت شیمیایی و پیوند
Key theories
- اثر انگشت ارتعاشی
- جذب فروسرخ و پراکندگی رامان فرکانسهای ارتعاشی پیوندها را اندازهگیری میکنند که به اتمها و پیوندهای آنها بستگی دارد؛ طیفهای حاصل به عنوان اثر انگشت عمل میکنند که گروههای عاملی، فازها و تغییرات ساختاری را در یک ماده شناسایی میکنند.
- طیفسنجی فوتوالکترون و حالت شیمیایی
- طیفسنجی فوتوالکترون پرتو ایکس انرژیهای پیوندی الکترونهای هستهای خارج شده از یک سطح را اندازهگیری میکند؛ این انرژیها با حالت اکسیداسیون و محیط پیوندی تغییر میکنند، بنابراین این تکنیک هم عناصر موجود و هم حالت شیمیایی آنها را در بیرونیترین لایههای اتمی گزارش میدهد.
Mechanisms
فوتونهای فروسرخ جذب میشوند و فوتونهای رامان به صورت غیرکشسان در انرژیهایی که توسط ارتعاشات پیوندی تعیین میشوند، پراکنده میگردند؛ پرتوهای ایکس الکترونهای هستهای را خارج میکنند که انرژیهای پیوندی آنها، که توسط محیط شیمیایی تغییر یافتهاند، در طیفسنجی فوتوالکترون اندازهگیری میشوند؛ و تنظیم انرژی پرتو ایکس در سراسر لبههای جذب، هماهنگی محلی و حالت الکترونیکی یک عنصر انتخابی را بررسی میکند.
Clinical relevance
روشهای طیفسنجی گونههای شیمیایی، حالتهای اکسیداسیون و پیوندها را در مواد شناسایی میکنند، ترکیب سطحی و آلودگی را تشخیص میدهند، و تغییرات شیمیایی را در طول سنتز، کاتالیز و تخریب دنبال میکنند، و اطلاعات حالت شیمیایی را که تکنیکهای ساختاری به تنهایی نمیتوانند ارائه دهند، فراهم میآورند.
History
کشف پراکندگی نور غیرکشسان توسط رامان در سال 1928 و بلوغ طیفسنجی فروسرخ، اثر انگشتهای ارتعاشی مواد را به شیمیدانان داد. توسعه طیفسنجی فوتوالکترون پرتو ایکس با وضوح بالا توسط سیگبان در دهههای 1950 و 1960، که با جایزه نوبل 1981 به رسمیت شناخته شد، تحلیل کمی ترکیب سطحی و حالت شیمیایی را اضافه کرد و جعبه ابزار طیفسنجی برای مواد را تکمیل نمود.
Key figures
- Kai Siegbahn
- Chandrasekhara Venkata Raman
Related topics
Seminal works
- leng2013
- vickerman2009
Frequently asked questions
- چرا اگر پراش قبلاً ساختار را نشان میدهد، از طیفسنجی استفاده کنیم؟
- پراش ساختار تناوبی متوسط را آشکار میکند اما اطلاعات کمی در مورد حالت شیمیایی، پیوند، یا گونههای آمورف و سطحی میدهد. طیفسنجی حالتهای اکسیداسیون، گروههای عاملی و پیوندهای محلی را گزارش میکند، بنابراین این دو رویکرد با هم توصیف بسیار کاملتری نسبت به هر یک به تنهایی ارائه میدهند.
- چه چیزی طیفسنجی فوتوالکترون پرتو ایکس را حساس به سطح میکند؟
- اگرچه پرتوهای ایکس به عمق نمونه نفوذ میکنند، الکترونهای فوتو که از آنها خارج میشوند، تنها میتوانند از چند نانومتر بیرونی قبل از جذب مجدد فرار کنند. از آنجا که فقط الکترونهای این ناحیه نازک نزدیک به سطح به آشکارساز میرسند، این تکنیک ترکیب و حالت شیمیایی سطح را گزارش میکند.