Anomalne rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego

Anomalne rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego ( AXRS lub XRAS ) to nieniszcząca technika oznaczania w ramach dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego , która wykorzystuje anomalną dyspersję , która pojawia się, gdy wybrana długość fali znajduje się w pobliżu krawędzi absorpcji jednego ze składników elementy próbki. Jest używany w badaniach materiałowych do badania różnic w strukturze o wielkości nanometrów.

Atomowe czynniki rozpraszające

W dyfrakcji rentgenowskiej współczynnik rozpraszania f dla atomu jest z grubsza proporcjonalny do liczby posiadanych przez niego elektronów. Jednak dla długości fal zbliżonych do tych, dla których atom silnie pochłania promieniowanie, współczynnik rozpraszania ulega zmianie z powodu anomalnej dyspersji. Dyspersja nie tylko wpływa na wielkość czynnika, ale także nadaje przesunięcie fazowe w elastycznym zderzeniu fotonu. Współczynnik rozpraszania można zatem najlepiej opisać jako liczbę zespoloną

f= f _o + Δf' + i.Δf"

Zmiana kontrastu

Anomalne aspekty rozpraszania promieniowania rentgenowskiego stały się przedmiotem znacznego zainteresowania społeczności naukowej ze względu na dostępność promieniowania synchrotronowego . W przeciwieństwie do stacjonarnych źródeł promieniowania rentgenowskiego, które działają z ograniczonym zestawem stałych długości fal, promieniowanie synchrotronowe jest generowane przez przyspieszanie elektronów i użycie undulatora (urządzenia składającego się z okresowo umieszczonych magnesów dipolowych) do „poruszania” elektronami na ich drodze, do generowania pożądanej długości fali promieniowania rentgenowskiego. Pozwala to naukowcom zmieniać długość fali, co z kolei umożliwia zmianę współczynnika rozpraszania dla jednego konkretnego pierwiastka w badanej próbce. W ten sposób można wyróżnić określony element. Nazywa się to zmiennością kontrastu . Oprócz tego efektu anomalne rozproszenie jest bardziej wrażliwe na wszelkie odchylenia od sferyczności chmury elektronów wokół atomu. Może to prowadzić do efektów rezonansowych obejmujących przejścia w zewnętrznej powłoce atomu: rezonansowe anomalne rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego .

Krystalografia białek

W krystalografii białek anomalne rozpraszanie odnosi się do zmiany dyfrakcyjnej fazy promieniowania rentgenowskiego, która jest unikalna w porównaniu z resztą atomów w krysztale ze względu na silną absorbancję promieniowania rentgenowskiego. Ilość energii, jaką pochłaniają poszczególne atomy, zależy od ich liczby atomowej. Stosunkowo lekkie atomy znajdujące się w białkach, takich jak węgiel, azot i tlen, nie przyczyniają się do anomalnego rozpraszania przy normalnych długościach fal promieniowania rentgenowskiego stosowanych w krystalografii rentgenowskiej. Tak więc, aby zaobserwować anomalne rozpraszanie, ciężki atom musi być natywny dla białka lub należy utworzyć pochodną ciężkiego atomu. Ponadto długość fali promieniowania rentgenowskiego powinna być zbliżona do krawędzi absorpcji ciężkiego atomu.

Dyspersja anomalna

• Dyspersja anomalna na wielu długościach fal (MAD)
• Dyspersja anomalna na jednej długości fali (SAD)