X線発光分光法 – 日本語百科事典辞書

X-ray_emission_spectroscopy
X線発光分光法（XES）は、X線分光法の一種であり、X線エネルギーおよび分岐比に対する化学環境の影響を分析するのに十分なスペクトル分解能でX線スペクトルを測定します。。これは、シェルから電子を励起し、再結合する電子の放出された光子を監視することによって行われます。
図1：K-BetaメインラインとV2C
XESにはいくつかの種類があり、非共振XES（XES）として分類できます。
K β {K _ { beta}}-測定値、原子価からコア（VtC / V2C）-測定値、および（ K α {K _ { alpha}}
）-測定、または共鳴XES（RXESまたはRIXS）として。これには、XXAS + XES 2D測定、高解像度XAS、2p3d RIXS、およびメスバウアー-XES-組み合わせ測定が含まれます。さらに、軟X線発光分光法（SXES）は、材料の電子構造を決定するために使用されます。

コンテンツ
1 歴史
2 装置
2.1 アナライザー 2.2 X線源
3 現代の分光法との重要性K β
{K _ { beta}}-21世紀のライン
4 軟X線発光分光法
4.1 用途 4.2 フォーム 4.3 プロパティ
5 も参照してください
6 参考文献
7 外部リンク

歴史
最初のXES実験は、1924年にLindhとLundquistによって公開されました。

図2：エネルギー準位図K線
これらの初期の研究では、著者らはX線管の電子ビームを利用して核電子を励起し、
K β {K _ { beta}}
${ K_{beta }}$
-硫黄およびその他の元素の線スペクトル。3年後、CosterとDruyvesteynは、光子励起を使用して最初の実験を行いました。彼らの研究は、電子ビームがアーティファクトを生成し、コアホールを作成するためのX線光子の使用を動機付けることを実証しました。その後の実験は、市販のX線分光計と高分解能分光計を使用して実施されました。
これらの初期の研究は、小分子の電子配置に関する基本的な洞察を提供しましたが、XESは、（化学的に）希薄なサンプルの測定を可能にするシンクロトロン放射施設での高強度X線ビームの利用可能性によってのみ広く使用されるようになりました。実験の進歩に加えて、それは量子化学計算の進歩でもあり、XESを化合物の電子構造の研究のための興味深いツールにします。
英国の物理学者であるヘンリー・モーズリーは、K α
{K _ { alpha}}

-線とプローブされた元素の原子番号。これは現代のX線分光法の誕生時間でした。後でこれらの線を元素分析に使用して、サンプルの内容を決定することができます。
ウィリアム・ローレンス・ブラッグは後に、光子のエネルギーと結晶内でのその回折との関係を発見しました。彼が確立した公式、 λ= 2sin（（ θ ）。 {n lambda = 2d 、 sin（ theta）}

特定のエネルギーを持つX線光子は、結晶内で正確に定義された角度で曲がると言います。

装置

アナライザー
X線源で生成された放射線を回折するには、特別な種類のモノクロメータが必要です。X線が屈折有するからであるN≈1 。ブラッグは、それらの粒子が結晶格子を通過するときのX線/中性子回折を説明する方程式を思いついた。（X線回折）
この目的のために、「完全結晶」は、機器の形状とエネルギー範囲に応じて、さまざまな形で製造されてきました。それらは完璧と呼ばれていますが、結晶構造内にミスカットがあり、ローランド平面のオフセットにつながります。これらのオフセットは、特定のエネルギーを見ながら水晶を回転させることで修正できます（例：K α 2 {K _ { alpha 2}}

-8027.83eVの銅線）。信号の強度が最大になると、結晶によって回折された光子がローランド面の検出器に当たります。これで、機器の水平面にわずかなオフセットが生じます。これは、検出器の角度を増減することで修正できます。
フォンハモスの形状では、円筒状に曲がった結晶がその平らな表面の平面に沿って放射を分散させ、曲率軸に沿って線のような特徴に焦点を合わせます。

図3：2つの注文があるローランドサークル（ヨハン）
空間的に分布した信号は、結晶の集束軸にある位置検出器で記録され、スペクトル全体を提供します。代替の波長分散型の概念が提案され、ローランド円の内側にソースが配置されているヨハンソンジオメトリに基づいて実装されていますが、ヨハンジオメトリに基づく機器はローランド円にソースが配置されています。

X線源
X線源はさまざまな目的で製造されていますが、すべてのX線源を分光法に使用できるわけではありません。医療用途で一般的に使用されるソースは、一般に非常に「ノイズの多い」ソーススペクトルを生成します。これは、使用されるカソード材料がこれらの測定に対して非常に純粋であってはならないためです。これらの線は、使用されるすべてのエネルギー範囲で良好な分解能を得るには、可能な限り排除する必要が
この目的のために、高純度のタングステン、モリブデン、パラジウムなどを使用した通常のX線管が製造されます。それらが埋め込まれている銅を除いて、比較的「白い」スペクトルを生成します。X線を生成する別の方法は粒子加速器です。それらがX線を生成する方法は、磁場を介したそれらの方向のベクトル変化からです。移動する電荷が方向を変えるたびに、対応するエネルギーの放射を放出する必要がX線管では、この方向の変化は、シンクロトロンで金属ターゲット（アノード）に当たる電子であり、電子を円形の経路に加速する外部磁場です。
X線管にはさまざまな種類があり、オペレーターはそれが何であるかによって正確に選択する必要があり、それを測定する必要が
現代の分光法との重要性
K β {K _ { beta}}

-21世紀のライン
今日、XESは元素分析にはあまり使用されていませんが、
K β {K _ { beta}}

-線スペクトルは、これらの線とイオン化された原子の電子構造との関係がより詳細になるため、重要になります。
1s-Core-Electronが連続体に励起された場合（MOの原子エネルギーレベルから）、より高いエネルギー軌道の電子はエネルギーを失い、Hundの規則を満たすために作成された1s-Holeに「落下」する必要が（図2）これらの電子移動は明確な確率で起こります。（シーグバーン記法を参照）
科学者たちは、何らかの形で結合した3d遷移金属原子のイオン化後、
K β {K _ { beta}}

-線の強度とエネルギーは、金属の酸化状態と配位子の種類によって変化します。これは、構造解析の新しい方法に取って代わられました。
これらの線の高解像度スキャンにより、化合物の正確なエネルギーレベルと構造構成を決定できます。これは、価電子に影響を与えないすべての移動を無視すると、主要な電子移動メカニズムが2つしかないためです。3d遷移金属の化合物が高スピンまたは低スピンのいずれかである可能性があるという事実を含めると、スピン構成ごとに2つのメカニズムが得られます。
これらの2つのスピン構成は、
Kβ 3
{K _ { beta 1，3}}
と Kβ ′
{K _ { beta ‘}}

-図1および2に見られるようにメインライン。一方、化合物内の電子の構造配置は、異なる強度、広がり、テーリング、およびパイロットを引き起こします。
Kβ 5
{K _ { beta 2，5}}
と Kβ ″
{K _ { beta ”}}

-行。これは非常に多くの情報ですが、このデータは、いわゆる「プレエッジ」領域の吸収測定と組み合わせる必要がこれらの測定値はXANES（X線吸収端構造）と呼ばれます。

図4：HERFDに対するXAS測定
シンクロトロン施設では、これらの測定を同時に行うことができますが、実験のセットアップは非常に複雑であり、電子蓄積リングからの接線ビームを回折するために正確で微調整された結晶モノクロメータが必要です。この方法はHERFDと呼ばれ、高エネルギー分解能蛍光検出の略です。収集方法は、「ソース」から来るすべての波長を収集した後、I 0
{I_ {0}}

、その後、ビームは、測定のXANES部分のために、背後に検出器を備えたサンプルホルダーに照射されます。サンプル自体がX線を放出し始め、それらの光子が単色化された後、それらも収集されます。ほとんどのセットアップでは、少なくとも3つ以上の結晶モノクロメータを使用します。NSI 0
{I_ {0}}

方程式のランベルトベールの法則の一部として吸収測定で使用されますE λ =
ログ 10 （（私0 I 1 ）。 = ε λ
⋅ ⋅ {E _ { lambda} = log _ {10} left（{ frac {I_ {0}} {I_ {1}}} right）= varepsilon _ { lambda} cdot c cdot NS}
どこ 1
{I_ {1}}

は透過光子の強度です。絶滅の受信値E λ
{E _ { lambda}}

は波長固有であるため、吸収のスペクトルが作成されます。結合されたデータから生成されたスペクトルは、特定の吸収端の特徴について非常に解決されたビューを持ちながら、バックグラウンド放射がほぼ完全に排除されるという明らかな利点を示しています（図4）。
より効率的なエネルギー貯蔵、水素燃料電池および新しい電池材料の形での生産および使用のための新しい触媒の開発の分野では、
K β {K _ { beta}}

-ラインは最近不可欠です。
金属の特定の酸化状態の正確な形状はほとんど知られていますが、たとえば、電気分解の共鳴触媒になる可能性のある新しく生成された化合物が毎日測定されます。
いくつかの国は、クリーンで責任のある安価なエネルギーを期待して、この特別な科学分野で世界中のさまざまな施設を奨励しています。

軟X線発光分光法
軟X線発光分光法（SXES）は、材料の電子構造を決定するための実験手法です。

用途
X線発光分光法（XES）は、材料の電子状態の部分占有密度を調べる手段を提供します。XESは元素固有およびサイト固有であり、材料の詳細な電子特性を決定するための強力なツールになります。

フォーム
発光分光法は、共鳴非弾性X線発光分光法（RIXS）または非共鳴X線発光分光法（NXES）のいずれかの形をとることができます。両方の分光法は、コアレベルの電子のフォトニック促進と、電子がより低いエネルギー状態に緩和するときに発生する蛍光の測定を含みます。共鳴励起と非共鳴励起の違いは、蛍光が発生する前の原子の状態に起因します。
共鳴励起では、コア電子は伝導帯の束縛状態に促進されます。非共鳴励起は、入ってくる放射線がコア電子を連続体に促進するときに発生します。この方法でコアホールを作成すると、いくつかの異なる減衰パスの1つを介してコアホールを補充することができます。コアホールはサンプルの高エネルギー自由状態から補充されるため、崩壊と放出のプロセスは別々の双極子遷移として扱われる必要がこれは、イベントが結合され、単一の散乱プロセスとして扱われる必要があるRIXSとは対照的です。

プロパティ
軟X線は可視光とは異なる光学特性を持っているため、実験は超高真空で行う必要がこの場合、光子ビームは特殊なミラーと回折格子を使用して操作されます。
回折格子は、入射する放射線に存在する各エネルギーまたは波長を異なる方向に回折します。回折格子モノクロメータを使用すると、ユーザーはサンプルを励起するために使用する特定の光子エネルギーを選択できます。回折格子は、サンプルから放出される放射線の光子エネルギーを分析するために分光計でも使用されます。

も参照してください
X線吸収分光法

参考文献
^ S. DeBeer：Advanced X-Ray Spectroscopy（PDF）Juni 2016、最終チェック日：2020年2月26日 ^ O.Lundquist：についてK β
{K _ { beta}}
${ K_{beta }}$
-硫黄とカリウムのX線放射分光法の線スペクトル（PDF）1925、最終チェック済み2020年2月26日 ^ D.Coster＆MJ Druyvesteyn： X線プロットラインの衛星について（PDF）1926、最終チェック日：2020年2月26日 ^ J.ノードグレンとG.ブレイ：単色化シンクロトロン放射を使用した軟X線発光分光法1988、最終チェック2020年7月21日 ^ D.Sokaras：スタンフォードシンクロトロン放射光源2013の7結晶ヨハン型硬X線分光計、最終チェック日： 2020年2月26日 ^ DB Wittry：Microanalysis2001のX線結晶分光計とモノクロメータ、最終チェック日：2020年2月26日 ^ C. Dallera： ESRFビームライン26での軟X線発光分光法ヘリカルアンジュレータ1996に基づいて、最終チェックは2020年7月21日

外部リンク
軟X線発光分光法-beamteam.usask.caでの説明
同様の記事でリストできるように、カテゴリを追加して”