Рентгеновское излучение, индуцированное частицами - Particle-induced X-ray emission

Рентгеновское излучение, индуцированное частицами или же индуцированное протонами рентгеновское излучение (ПИКС) - это метод, используемый для определения элементаль верстка материала или образца. Когда материал подвергается воздействию ион пучка, происходят атомные взаимодействия, которые испускают ЭМ излучение из длины волн в рентгеновский снимок часть электромагнитный спектр специфичный 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 подлинность.

Методика была впервые предложена в 1970 году Свеном Йоханссоном из Лундский университет, Швеция, и развивалась в течение следующих нескольких лет со своими коллегами Роландом Аксельссоном и Томасом Б. Йоханссоном.[1]

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.

Теория

В эксперименте PIXE можно получить три типа спектров:

  1. рентгеновский снимок спектр излучения.
  2. Резерфордовское обратное рассеяние спектр.
  3. Спектр пропускания протонов.

Рентгеновское излучение

Квантовая теория утверждает, что электроны, вращающиеся вокруг атома, должны занимать дискретные уровни энергии, чтобы быть стабильными. Бомбардировка ионами достаточной энергии (обычно протонами МэВ), производимыми ускорителем ионов, вызовет ионизацию внутренней оболочки атомов в образце. Электроны внешней оболочки падают 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 луча PIXE определяется способностью рентгеновского излучения проходить через окно между камерой и детектором рентгеновского излучения. Верхний предел задается сечением ионизации, вероятностью K электронная оболочка ионизация, это максимум, когда скорость протона совпадает со скоростью электрона (10% от скорость света ), поэтому пучки протонов с энергией 3 МэВ являются оптимальными.

Обратное рассеяние протонов

Протоны также могут взаимодействовать с ядрами атомов в образце посредством упругих столкновений, Резерфордовское обратное рассеяние, 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.

Передача протона

Прохождение протонов через образец также можно использовать для получения информации об образце. Каналирование - это один из процессов, который можно использовать для исследования кристаллов.

Анализ белков

Протеин Анализ 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%.[2]

Преимущество microPIXE заключается в том, что при наличии белка известной последовательности рентгеновское излучение от сера может использоваться 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 к белку (и металлам) также можно измерить с помощью фосфат группы базы как внутренняя калибровка.

Анализ данных

Анализ собранных данных можно проводить с помощью программ Dan32,[3] передняя часть к gupix.[4][5]

Ограничения

Чтобы получить значимый сигнал серы из анализа, буфер не должен содержать серу (т.е. без BES, ДДТ, HEPES, МЧС, MOPS O или ТРУБЫ соединения). Чрезмерное количество хлор в буфере также следует избегать, так как он будет перекрываться с пиком серы; KBr и NaBr являются подходящими альтернативами.

Преимущества

Использование протонного пучка по сравнению с электронным пучком имеет много преимуществ. Зарядка кристаллов меньше от Тормозное излучение радиации, хотя есть и от излучения Оже-электроны, и это значительно меньше, чем если бы первичный луч сам был электронным.

Из-за большей массы протонов по сравнению с электронами, поперечное отклонение луча меньше; это важно для запись пучка протонов Приложения.

Сканирование

Двумерные карты элементного состава могут быть созданы путем сканирования луча microPIXE через цель.

Анализ клеток и тканей

Анализ целых клеток и тканей возможен с использованием луча microPIXE, этот метод также называют ядерная микроскопия.[нужна цитата ]

Анализ артефактов

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.[6]

Запись пучка протонов

Протонные пучки можно использовать для письмо (запись пучка протонов ) либо за счет отверждения полимер (протонным индуцированным сшивание ), или через деградацию протонно-чувствительного материала. Это может иметь важные последствия в области нанотехнологии.

Рекомендации

  1. ^ Мини-резюме Роланда Аксельссона - Проверено 29 января 2008 г.
  2. ^ Гарман, Э. Ф.; Грайм, GW (2005). «Элементный анализ белков с помощью microPIXE». Прогресс в биофизике и молекулярной биологии. 89 (2): 173–205. Дои:10.1016 / j.pbiomolbio.2004.09.005. PMID  15910917.
  3. ^ Джеффри В. Грайм Dan32: последние разработки в интерфейсе windows для gupix. Десятая международная конференция по рентгеновскому излучению, индуцированному частицами, Порторож, Словения, 2004 г.
  4. ^ Максвелл, Дж; Тисдейл, Вт; Кэмпбелл, Дж (1995). «Программный пакет Guelph PIXE II». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция B. 95 (3): 407. Bibcode:1995НИМПБ..95..407М. Дои:10.1016 / 0168-583X (94) 00540-0.
  5. ^ Кэмпбелл, Дж (2000). "Программный пакет Guelph PIXE III: Альтернативная база данных протонов". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция B. 170 (1–2): 193. Bibcode:2000НИМПБ.170..193С. Дои:10.1016 / S0168-583X (00) 00156-7.
  6. ^ Грасси Н. и др. Дифференциальные измерения PIXE для стратиграфического анализа картины «Мадонна деи фузи». 10-я международная конференция PIXE (2004 г.) - по состоянию на 29 января 2008 г. В архиве 8 сентября 2007 г. Wayback Machine

внешняя ссылка