(X-ray absorção Spectroscopy)

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1 (X-ray absorção Spectroscopy)
XAS ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX (X-ray absorção Spectroscopy)

2 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.

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4 Estructura electrónica del Pt
Niveles electrónicos MII, III MI LII, III LI K

5 Estructura electrónica del Mo
Niveles electrónicos MII, III MI LII, III LI K

6 Opera na faixa de raios- X duros
Radiação eletromagnética XAS 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 Ondas de rádio Microondas Infravermelho Luz visível Ultravioleta Raios X Raios  Opera na faixa de raios- X duros

7 ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
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.

8 t : espessura da amostra
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

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10 Oscilações de EXAFS E rad. = E ligação dos e- Borda de absorção
Esp. de alta resolução da borda de absorção (XANES) Esp. da estrutura fina de absorção (EXAFS) E rad. = E ligação dos e- camadas internas

11 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)

12 Espectroscopia da estrutura fina de absorção (EXAFS)
Oscilações de EXAFS Interferência da vizinhança

13 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.

14 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

15 ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS-XX
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 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

16 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.

17 O que produz a fonte de luz síncrotron?
O equipamento gera uma potente energia, que abrange quatro faixas do espectro eletromagnético: o raio infravermelho o raio ultravioleta a luz visível o raio X

18 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

19 Que ocorre dentro do anel
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

20 Anel de armazenamento Linha de luz 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

21 ondulador luz Booster ou acelerador circular dipolos
Parede de concreto dipolos luz

22 Experimental – Linhas de luz
Anel

23 ESRF – Grenoble - França

24 Experimental – Linhas de luz
Linhas XAS

25 Síncrotrons no mundo

26 Síncrotron Energia (GeV) Circunferência (m) Linhas SPRING-8 8 1436 62
SPRING-8 - Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japão, 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 APS – Advanced Photon Source, EUA, ESRF – European Synchrotron Radiation Facility, França, LNLS – Laboratorio Nacional de Luz Síncrotron, Brasil, SOLEIL - Source Optimisée de Lumière d'Energie Intermédiaire du LURE

27 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.

28 LNLS – linha de luz

29 Linhas de luz: onde são realizados os experimentos.
Fendas e janelas monocromador Cabine Óptica Cada um com sua especialidade: Técnicas Ajustes experimentais 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

30 Linhas de luz: onde são realizados os experimentos.
Amostra e detectores Cabine Experimental Detector: mede o fluxo de fótons antes e depois da amostra. monocromador = ln(I1/I0)/d

31 Software de Simulação XAS
Cabine de Controle Software de Simulação XAS Programas Gratuitos IFEFFIT Programas Vendidos WinXas (tem uma versão demo) U$ 200,00(prim.licença) +100,00 (lic. adic.) FEFF (+ Atoms) 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.)

32 Exemplos de aplicações científicas
Biologia Interesse em proteínas e suas estruturas tridimensionais Reações in-situ: estudo das transições de fases Química Melhorar as técnicas tradicionais de RX Nanofísica Medicina Interesse dos geofísicos na composição e na estrutura dos materiais presentes na crosta terrestre. Estudar novas formas de energia menos poluente, analisar qualidade dos solos ou águas contaminadas. Ou estudar os fenômenos naturais como os vulcões… Ciência da terra Física Desenvolvimento de novos produtos, caracterização de dispositivos microeletrônicos, medicamentos… Desenvolvimento de novos materiais Materiais Meio ambiente Indústria