I. Principi tecnici
Spettrometri ad assorbimento di raggi XLa spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XANES) si basa sull'effetto fotoelettrico, misurando la variazione del coefficiente di assorbimento dei raggi X di un materiale in funzione dell'energia dei fotoni incidenti, al fine di rivelare la struttura atomica locale e le informazioni sullo stato elettronico di specifici elementi nel campione. Quando l'energia dei raggi X raggiunge l'energia di legame degli elettroni di core, questi elettroni vengono eccitati a stati non occupati o di continuo, causando un brusco cambiamento nel coefficiente di assorbimento e formando un bordo di assorbimento. La struttura fine entro circa 50 eV dal bordo di assorbimento è chiamata spettroscopia XANES (X-ray absorption near-edge structure), che fornisce informazioni sulla valenza elementare, la simmetria di coordinazione e l'ibridazione orbitale. I segnali oscillatori nell'intervallo di energia da 50 a 1000 eV al di sopra del bordo di assorbimento sono definiti spettroscopia EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure). Attraverso la trasformata di Fourier, l'EXAFS può estrarre parametri strutturali come le lunghezze dei legami di coordinazione, i numeri di coordinazione e i gradi di disordine.
II. Stato attuale dello sviluppo
Negli ultimi anni,spettrometro ad assorbimento di raggi XLa tecnologia ha mostrato due tendenze principali. In primo luogo, le sorgenti di luce di sincrotrone vengono aggiornate con anelli di accumulo a diffrazione limitata di quarta generazione, con un aumento della brillantezza di diversi ordini di grandezza e una risoluzione energetica che raggiunge ΔE/E ≤ 10⁻⁴. In secondo luogo, sono stati raggiunti progressi significativi negli strumenti da banco: ad esempio, la serie easy XAFS, frutto di 20 anni di miniaturizzazione del sincrotrone, ha concentrato la funzionalità di un acceleratore ad anello con una circonferenza di 432 metri in uno strumento da laboratorio convenzionale, colmando una lacuna a livello nazionale. Nel 2024, il mercato globale degli strumenti da banco ha raggiunto i 113 milioni di dollari e si prevede che crescerà fino a 152 milioni di dollari entro il 2031, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 4,2%. Aziende nazionali come Anhui Chuangpu Instrument e Guochuang Scientific Instrument hanno lanciato prodotti che sono stati inclusi nei cataloghi provinciali di prodotti industriali di alta qualità, accelerando significativamente il ritmo della localizzazione.
III. Campi di applicazione
Questa tecnologia ha trovato applicazione in molteplici settori, tra cui la scienza dei materiali, l'energia, l'ambiente e la biomedicina. Nella catalisi, consente il monitoraggio in tempo reale delle variazioni dello stato di valenza nei centri attivi del catalizzatore. Nella ricerca sui materiali per batterie, permette di analizzare l'evoluzione strutturale durante i processi di carica/scarica dei materiali degli elettrodi. Nel monitoraggio ambientale, analizza l'ambiente di coordinazione dei metalli pesanti nel suolo. In ambito biomedico, fornisce dati cruciali per la determinazione della struttura delle metalloproteine e la progettazione di farmaci. La sua natura non distruttiva, la specificità elementare e l'elevata sensibilità (limite di rilevamento fino allo 0,5% in peso) la rendono uno strumento fondamentale per lo studio della struttura locale di sistemi complessi.