Войти
Рентгеновское излучение, индуцированное частицами или индуцированное протонами рентгеновское излучение ( PIXE) - это метод, используемый для определения элементного состава материала или образца. Когда материал подвергается воздействию ионного пучка, происходят атомные взаимодействия, которые испускают электромагнитное излучение с длинами волн в рентгеновской части электромагнитного спектра, характерной для элемента. PIXE - это мощный, но неразрушающий метод элементного анализа, который теперь регулярно используется геологами, археологами, консерваторами и другими людьми, чтобы помочь ответить на вопросы о происхождении, датировке и подлинности.
Этот метод был впервые предложен в 1970 году Свеном Йоханссоном из Лундского университета, Швеция, и в последующие несколько лет разработал его вместе со своими коллегами Роландом Аксельссоном и Томасом Б. Йоханссоном.
Недавнее расширение PIXE с использованием сильно сфокусированных лучей (до 1 мкм) дает дополнительные возможности микроскопического анализа. Этот метод, называемый microPIXE, может использоваться для определения распределения микроэлементов в широком диапазоне образцов. Родственный метод, индуцированное частицами гамма-излучение (PIGE), можно использовать для обнаружения некоторых легких элементов.
В эксперименте PIXE можно получить три типа спектров:
Квантовая теория утверждает, что вращающиеся электроны атома должны занимать дискретные уровни энергии, чтобы быть стабильными. Бомбардировка ионами достаточной энергии (обычно протонами с МэВ), производимыми ускорителем ионов, вызовет ионизацию внутренней оболочки атомов в образце. Электроны внешней оболочки опускаются вниз, чтобы заменить вакансии внутренней оболочки, однако разрешены только определенные переходы. Испускаются рентгеновские лучи с характерной энергией элемента. Для регистрации и измерения этих рентгеновских лучей используется энергодисперсионный детектор.
Могут быть обнаружены только элементы тяжелее фтора. Нижний предел обнаружения для луча PIXE определяется способностью рентгеновского излучения проходить через окно между камерой и детектором рентгеновского излучения. Верхний предел задается сечением ионизации, вероятностью ионизации электронной оболочки K, она максимальна, когда скорость протона совпадает со скоростью электрона (10% от скорости света ), следовательно, пучки протонов с энергией 3 МэВ оптимальны.
Протоны также могут взаимодействовать с ядрами атомов в образце посредством упругих столкновений, обратного резерфордовского рассеяния, часто отталкивая протон под углами, близкими к 180 градусам. Обратное рассеяние дает информацию о толщине и составе образца. Свойства объемного образца позволяют корректировать потерю рентгеновских фотонов внутри образца.
Прохождение протонов через образец также можно использовать для получения информации об образце. Каналирование - это один из процессов, который можно использовать для изучения кристаллов.
Анализ белков с помощью microPIXE позволяет определять элементный состав жидких и кристаллических белков. microPIXE может количественно определять содержание металлов в белковых молекулах с относительной точностью от 10% до 20%.
Преимущество microPIXE заключается в том, что для белка с известной последовательностью рентгеновское излучение серы можно использовать в качестве внутреннего стандарта для расчета количества атомов металла на мономер белка. Поскольку рассчитываются только относительные концентрации, систематические ошибки минимальны, а результаты полностью внутренне согласованы.
Относительные концентрации ДНК по отношению к белку (и металлам) также можно измерить с использованием фосфатных групп оснований в качестве внутренней калибровки.
Анализ собранных данных может быть выполнен с помощью программы Dan32, входящей в состав gupix.
Чтобы получить значимый сигнал серы из анализа, буфер не должен содержать серу (т.е. не должно содержать соединений BES, DDT, HEPES, MES, MOPS O или PIPES ). Следует также избегать чрезмерного количества хлора в буфере, так как это будет перекрываться с пиком серы; KBr и NaBr - подходящие альтернативы.
Использование протонного пучка по сравнению с электронным пучком имеет много преимуществ. Излучение тормозного излучения вызывает меньшую зарядку кристаллов, хотя она есть и при испускании оже-электронов, и она значительно меньше, чем если бы первичный пучок сам был электронным пучком.
Из-за большей массы протонов по сравнению с электронами наблюдается меньшее поперечное отклонение луча; это важно для приложений записи протонного пучка.
Двумерные карты элементного состава могут быть созданы путем сканирования луча microPIXE через цель.
Анализ целых клеток и тканей возможен с использованием луча microPIXE, этот метод также называется ядерной микроскопией.
MicroPIXE - полезный метод неразрушающего анализа картин и антиквариата. Хотя он обеспечивает только элементный анализ, его можно использовать для различения и измерения слоев в пределах толщины артефакта. Этот метод сопоставим с деструктивными методами, такими как семейство анализов ICP.
Протонные пучки можно использовать для записи ( запись протонного пучка ) либо за счет отверждения полимера (за счет сшивки, индуцированной протонами), либо за счет деградации протонно-чувствительного материала. Это может иметь важные последствия в области нанотехнологий.
