विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक संरचना

विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक संरचना (EXAFS), किनारे की संरचना(XANES) के समीप एक्स-रे अवशोषण के साथ, एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (XAS) का एक उपवर्ग है। अन्य अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी की भाँति, एक्सएएस तकनीकें बीयर-लैंबर्ट नियम का पालन करती हैं। ऊर्जा के एक कार्य के रूप में एक पदार्थ का एक्स-रे अवशोषण गुणांक एक नमूने पर निर्देशित एक संकीर्ण ऊर्जा संकल्प के एक्स-रे का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है और घटना और प्रेषित एक्स-रे तीव्रता को घटना एक्स-रे ऊर्जा में वृद्धि के रूप में प्रविष्टि किया जाता है।.

जब आपतित एक्स-रे ऊर्जा नमूने के भीतर एक परमाणु के एक इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा से मेल खाती है, तो नमूने द्वारा अवशोषित एक्स-रे की संख्या प्रभावशाली रूप से बढ़ जाती है, जिससे प्रेषित एक्स-रे तीव्रता में गिरावट आती है। इसका परिणाम अवशोषण बढ़त में होता है। प्रत्येक तत्व में अपने इलेक्ट्रॉनों की विभिन्न बाध्यकारी ऊर्जाओं के अनुरूप अद्वितीय अवशोषण किनारों का एक समूह होता है, जो एक्सएएस तत्व चयनात्मकता प्रदान करता है। एक्सएएस स्पेक्ट्रा को प्रायः सिंक्रोटॉन में एकत्र किया जाता है क्योंकि सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे स्रोतों की उच्च तीव्रता अवशोषित तत्व की एकाग्रता को प्रति मिलियन कुछ भागों के रूप में कम तक पहुंचने की अनुमति देती है। यदि स्रोत बहुत कमजोर है तो अवशोषण असंसूचनीय नहीं होगा। क्योंकि एक्स-रे अत्यधिक वेधी हैं, एक्सएएस नमूने गैस, ठोस या तरल हो सकते हैं।

पृष्ठभूमि
इएक्सएऍफ़एस अवशोषण स्पेक्ट्रम को किसी दिए गए पदार्थ विपरीत ऊर्जा के अवशोषण गुणांक के भूखंडों के रूप में प्रदर्शित किया जाता है, सामान्यतः नमूने में एक तत्व के अवशोषण किनारे से पूर्व 500 - 1000 eV(इलेक्ट्रॉनवोल्ट) क्षेत्र में प्रारम्भ होता है। एक्स-रे अवशोषण गुणांक सामान्यतः इकाई चरण ऊंचाई के लिए सामान्यीकृत होता है। यह अवशोषण किनारे से पूर्व और बाद के क्षेत्र में एक रेखा को वापस करके, संपूर्ण आँकड़े समूह से पूर्व-किनारे पंक्ति को घटाकर और अवशोषण चरण की ऊंचाई से विभाजित करके किया जाता है,जो E0(अवशोषण किनारे पर) के मान पर पूर्व-किनारे और पश्च-किनारे के बीच के अंतर से निर्धारित होता है।

सामान्यीकृत अवशोषण स्पेक्ट्रा को प्रायः एक्सएएनइएस स्पेक्ट्रा कहा जाता है। नमूने में तत्व के औसत ऑक्सीकरण राज्य को निर्धारित करने के लिए इन स्पेक्ट्रा का उपयोग किया जा सकता है। एक्सएएनइएस स्पेक्ट्रा नमूने में अवशोषित परमाणु के समन्वय परिस्थिति के प्रति भी संवेदनशील हैं। अज्ञात नमूने के एक्सएएनइएस स्पेक्ट्रा को ज्ञात मानकों के साथ मिलाने के लिए फिंगर प्रिंटिंग विधियों का उपयोग किया गया है। कई अलग-अलग मानक स्पेक्ट्रा के रैखिक संयोजन उपयुक्त अज्ञात नमूने के भीतर प्रत्येक ज्ञात मानक स्पेक्ट्रा की मात्रा का अनुमान लगा सकते हैं।

एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रा 200 - 35,000 eV की सीमा में निर्मित होते हैं। प्रमुख भौतिक प्रक्रिया वह है जहां अवशोषित फोटॉन अवशोषित परमाणु से एक क्रोड प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालता है, एक क्रोड छिद्र को पीछे छोड़ देता है। क्रोड छिद्र वाला परमाणु अब उत्तेजित है। उत्सर्जित प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा अवशोषित फोटॉन के बराबर होगी जो प्रारंभिक क्रोड अवस्था की बाध्यकारी ऊर्जा को कम करती है।उत्सर्जित प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन समीप के गैर-उत्तेजित परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के साथ संपर्क करता है।

यदि उत्सर्जित प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन को तरंग जैसी प्रकृति के लिए लिया जाता है और समीप के परमाणुओं को बिंदु बिखरने वाले के रूप में वर्णित किया जाता है, तो यह कल्पना करना संभव है कि पश्च प्रकीर्णक इलेक्ट्रॉन तरंगें अग्रिम-प्रसार तरंगों के साथ हस्तक्षेप करती हैं। परिणामी हस्तक्षेप स्वरूप मापित अवशोषण गुणांक के मॉडुलन के रूप में दिखाई देता है, जिससे इएक्सएऍफ़एस स्पेक्ट्रा में दोलन होता है। कई वर्षों से इएक्सएऍफ़एस स्पेक्ट्रा की व्याख्या के लिए एक सरलीकृत समतल-तरंग एकल-प्रकीर्णन सिद्धांत का उपयोग किया गया है, यद्यपि आधुनिक विधियों(जैसे FEFF, GNXAS) ने दिखाया है कि वक्र-तरंग संशोधन और बहु-प्रकीर्णन प्रभावों की उपेक्षा नहीं की जा सकती है। प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा की कम ऊर्जा क्षेत्र(5-200 eV) में प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन बिखरने का आयाम बहुत बड़ा हो जाता है ताकि एक्सएएनईएस(या एनईएक्सएएफएस) स्पेक्ट्रा में कई बिखरने वाली घटनाएं प्रभावी हो जाएं।

प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन की तरंग दैर्ध्य पश्च प्रकीर्णक तरंग की ऊर्जा और चरण पर निर्भर होती है जो केंद्रीय परमाणु में स्थित होती है। आगमी फोटॉन की ऊर्जा के एक फलन के रूप में तरंग दैर्ध्य बदलता है। पश्च प्रकीर्णन तरंग की अवस्था(तरंगें) और आयाम पश्च प्रकीर्णन करने वाले परमाणु के प्रकार और केंद्रीय परमाणु से पश्च प्रकीर्णन परमाणु की दूरी पर निर्भर करता है। परमाणु प्रजातियों पर प्रकीर्णन की निर्भरता इन इएक्सएऍफ़एस आँकड़े का विश्लेषण करके मूल अवशोषित(केंद्रीय रूप से उत्तेजित) परमाणु के रासायनिक समन्वय परिस्थिति से संबंधित जानकारी प्राप्त करना संभव बनाती है।

प्रायोगिक विचार
चूंकि इएक्सएऍफ़एस को समस्वरणीय एक्स-रे स्रोत की आवश्यकता होती है, आँकड़े प्रायः सिंक्रोट्रॉन पर एकत्र किए जाते हैं, प्रायः किरण रेखा पर जो विशेष रूप से उद्देश्य के लिए अनुकूलित होते हैं। किसी विशेष ठोस का अध्ययन करने के लिए विशेष सिंक्रोट्रॉन की उपयोगिता संबंधित तत्वों के अवशोषण किनारों पर एक्स-रे अभिवाह की चमक पर निर्भर करती है।

अनुप्रयोग
एक्सएएस एक अंतर्विषयक तकनीक है और एक्स-रे विवर्तन की तुलना में इसके अद्वितीय गुणों का उपयोग स्थानीय संरचना के विवरण को समझने के लिए किया गया है:

एक्सएएस क्रिस्टलीय और बहु-घटक पदार्थ में स्थानीय संरचनात्मक और ऊष्मीय विकार की विलक्षणता पर विवर्तन सूचना के लिए पूरक प्रदान करता है।
 * कांच, अक्रिस्टलीय और तरल प्रणाली
 * ठोस विलयन
 * इलेक्ट्रानिक्स के लिए पदार्थ का डोपिंग(अर्धचालक) और आयनिक आरोपण
 * क्रिस्टल जाली की स्थानीय विकृतियाँ
 * कार्बधात्विक यौगिक
 * धात्वीय प्रोटीन
 * क्लस्टर रसायन
 * कंपन गतिकी
 * विलयन(रसायन विज्ञान) में आयन
 * तत्वों की प्रजाति

आणविक गतिकी या उत्क्रम मोंटे कार्लो पद्धति जैसे परमाणु अनुकरणीय का उपयोग अधिक विश्वसनीय और समृद्ध संरचनात्मक सूचना निकालने में मदद कर सकता है।

उदाहरण
इएक्सएऍफ़एस, एक्सएएनइएस की भाँति, मौलिक विशिष्टता के साथ अत्यधिक संवेदनशील तकनीक है। जैसे, इएक्सएऍफ़एस व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण प्रजातियों की रासायनिक स्थिति को निर्धारित करने का एक अत्यंत उपयोगी विधि है जो बहुत कम बहुतायत या एकाग्रता में होता है। पर्यावरण रसायन विज्ञान में इएक्सएऍफ़एस का बार-बार उपयोग होता है, जहां वैज्ञानिक एक पारिस्थितिकी तंत्र के माध्यम से प्रदूषकों के प्रसार को समझने का प्रयत्न करते हैं। इएक्सएऍफ़एस का उपयोग त्वरक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ फोरेंसिक(विधि चिकित्साशास्त्र सम्बंधी) परीक्षाओं में किया जा सकता है, विशेष रूप से परमाणु अस्र(अप्रसार) अनुप्रयोगों में।

इतिहास
इएक्सएऍफ़एस(मूल रूप से कोसल की संरचना कहा जाता है) के इतिहास के विषय में बहुत विस्तृत, संतुलित और सूचनात्मक विवरण आर. स्टम वॉन बोर्डवेह्र द्वारा दिया गया है। XAFS (इएक्सएऍफ़एस और एक्सएएनइएस) के इतिहास का अधिक आधुनिक और सटीक विवरण उस समूह के नेता द्वारा दिया गया है जिसने एडवर्ड ए. स्टर्न द्वारा एक पुरस्कार व्याख्यान में इएक्सएऍफ़एस का आधुनिक संस्करण विकसित किया था।

यह भी देखें

 * एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * किनारे की संरचना के समीप एक्स-रे अवशोषण
 * भूतल-विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक संरचना

कागजात

 * F.W. Lytle, इएक्सएऍफ़एस वंश वृक्ष: विस्तारित एक्स-रे अवशोषण सूक्ष्म संरचना के विकास का एक व्यक्तिगत इतिहास,
 * ए. कोड्रे, आई. आर्कोन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, डिवाइसेस और पदार्थ पर 36वें अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन की कार्यवाही, एमआईडीईएम, पदोजना, स्लोवेनिया, 28-20 अक्टूबर,(2000), पी। 191-196
 * F.W. Lytle, इएक्सएऍफ़एस वंश वृक्ष: विस्तारित एक्स-रे अवशोषण सूक्ष्म संरचना के विकास का एक व्यक्तिगत इतिहास,
 * ए. कोड्रे, आई. आर्कोन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, डिवाइसेस और पदार्थ पर 36वें अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन की कार्यवाही, एमआईडीईएम, पदोजना, स्लोवेनिया, 28-20 अक्टूबर,(2000), पी। 191-196
 * F.W. Lytle, इएक्सएऍफ़एस वंश वृक्ष: विस्तारित एक्स-रे अवशोषण सूक्ष्म संरचना के विकास का एक व्यक्तिगत इतिहास,
 * ए. कोड्रे, आई. आर्कोन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, डिवाइसेस और पदार्थ पर 36वें अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन की कार्यवाही, एमआईडीईएम, पदोजना, स्लोवेनिया, 28-20 अक्टूबर,(2000), पी। 191-196
 * ए. कोड्रे, आई. आर्कोन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, डिवाइसेस और पदार्थ पर 36वें अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन की कार्यवाही, एमआईडीईएम, पदोजना, स्लोवेनिया, 28-20 अक्टूबर,(2000), पी। 191-196

बाहरी संबंध

 * International X-ray Absorption Society
 * FEFF Project, University of Washington, Seattle
 * GNXAS project and एक्सएएस laboratory, Università di Camerino
 * इएक्सएऍफ़एस Spectroscopy Laboratory(Riga, Latvia)
 * Community web site for XAFS