입자에 의한 X선 방출

Particle-induced X-ray emission

입자 유도 X선 방출 또는 양성자 유도 X선 방출(PIXE)은 물질이나 표본의 원소 구성을 결정하는 데 사용되는 기법이다. 물질이 이온빔에 노출되면 소자에 특정한 전자기 스펙트럼의 X선 부분에 있는 파장의 전자파 방사선을 방출하는 원자 상호작용이 발생한다. PixE는 현재 지질학자, 고고학자, 미술품 관리원 등이 입증, 데이트, 진위여부의 질문에 답하는 데 도움을 주기 위해 일상적으로 사용하는 강력하지만 파괴적이지 않은 요소 분석 기법이다.

이 기술은 1970년 스웨덴 룬드 대학의 스벤 요한슨이 처음 제안했으며, 이후 몇 년 동안 동료 롤랜드 아크셀손, 토마스 B 요한슨과 함께 발전했다.[1]

촘촘한 초점형 빔(최대 1μm)을 이용한 픽스(PixE)의 최근 확장은 현미경 분석의 추가 능력을 제공한다. 마이크로PIXE라 불리는 이 기법은 광범위한 표본에서 미량 원소의 분포를 결정하는 데 사용될 수 있다. 관련 기술인 입자 유도 감마선 방출(PIGE)을 사용하여 일부 광원소를 검출할 수 있다.

이론

다음 세 가지 유형의 스펙트럼을 픽스 실험에서 수집할 수 있다.

  1. X선 방출 스펙트럼.
  2. 러더포드 백스캐터링 스펙트럼
  3. 양성자 전송 스펙트럼.

X선 방출

양자 이론은 원자의 궤도를 선회하는 전자가 안정되기 위해서는 분리된 에너지 수준을 차지해야 한다고 말한다. 이온가속기에 의해 생성되는 충분한 에너지(보통 MeV 양성자)의 이온으로 폭격하면 시료 내 원자의 내피 이온화가 유발된다. 외부 껍질 전자는 내부 껍질 공백을 대체하기 위해 아래로 떨어지지만 특정 전환만 허용된다. 원소 특성 에너지의 X선이 방출된다. 에너지 분산 검출기는 이러한 X선을 기록하고 측정하는데 사용된다.

불소보다 무거운 원소만 검출할 수 있다. 픽스 빔의 검출 하한은 X선이 챔버와 X선 검출기 사이의 창을 통과할 수 있는 능력에 의해 주어진다. 상한은 K 전자 쉘 이온화 확률인 이온화 단면에 의해 주어지는데, 이는 양성자의 속도가 전자 속도(광속 속도의 10%)와 일치할 때 최대치여서 3 MeV 양성자 빔이 최적이다.

양성자 백스캐터링

또한 양자는 탄성 충돌인 러더포드 역추적(Rutherford backscattering)을 통해 표본 내 원자의 핵과도 상호작용할 수 있으며, 종종 180도에 가까운 각도로 양성자를 밀어낼 수 있다. 백스캐터는 표본의 두께와 구성에 대한 정보를 제공한다. 대량 샘플 특성은 샘플 내에서 X선 광자 손실을 보정할 수 있다.

양성자 전송

샘플을 통한 양성자의 전송은 샘플에 대한 정보를 얻는 데도 사용될 수 있다. 채널링은 결정을 연구하는 데 사용될 수 있는 과정 중 하나이다.

단백질 분석

마이크로PIXE를 이용한 단백질 분석은 액체와 결정단백질의 원소구성 결정을 가능하게 한다. 마이크로PIXE는 단백질 분자의 금속 함량을 10%~20%[2]의 상대적 정확도로 정량화할 수 있다.

마이크로PIXE의 장점은 알려진 염기서열의 단백질을 제공하면 황에서 나오는 X선 방출량을 단백질 단량체당 금속 원자의 수를 계산하는 내부 표준으로 사용할 수 있다는 것이다. 상대 농도만 계산되기 때문에 체계적 오차는 거의 없고, 결과는 내부적으로 완전히 일치한다.

DNA와 단백질(및 금속)의 상대적 농도는 또한 염기의 인산염 그룹을 내부 교정 방법으로 사용하여 측정할 수 있다.

데이터 분석

수집된 데이터의 분석은 구픽스의 프런트 엔드인 [3]Dan32 프로그램에 의해 수행될 수 있다.[4][5]

제한 사항

분석에서 의미 있는 황 신호를 얻기 위해 버퍼에는 황(즉, BES, DDT, HEPES, MES, MOPSO 또는 PROPSO 화합물 없음)이 포함되어서는 안 된다. 버퍼 내 염소 과다량도 피해야 한다. 이는 황 피크와 겹치기 때문이다. KBr과 NaBr은 적절한 대안이다.

이점

전자 빔보다 양성자 빔을 사용하는 것에는 많은 이점이 있다. 비록 오거 전자의 방출에서 나온 것도 있지만 브렘스스트라흘룽 방사선의 결정 충전은 적고, 일차 빔 자체가 전자 빔이었더라면 훨씬 적다.

전자에 비해 양성자의 질량이 높기 때문에 빔의 횡방향 편향이 적다. 이는 양성자 빔 쓰기 적용에 중요하다.

스캔 중

대상을 가로질러 마이크로PIXE 빔을 스캔하여 원소 구성의 2차원 맵을 생성할 수 있다.

세포 및 조직 분석

마이크로PIXE 빔을 사용하여 전체 세포와 조직 분석이 가능하며, 이 방법을 핵 현미경 검사라고도 한다.[citation needed]

아티팩트 분석

마이크로PIXE는 회화와 골동품의 비파괴 분석에 유용한 기법이다. 원소 분석만 제공하지만, 공예품의 두께 내에서 층을 구분하고 측정하는 데 사용할 수 있다.[6] 이 기법은 ICP 분석 계열과 같은 파괴적 기법과 견줄 만하다. [7]

양성자 빔 쓰기

양성자 빔은 폴리머의 경화(양자 유도 교차 링크에 의한) 또는 양성자 민감 물질의 열화를 통해 쓰기(양자 빔 쓰기)에 사용할 수 있다. 이것은 나노기술 분야에서 중요한 영향을 미칠 수 있다.

참조

  1. ^ 롤랜드 아크셀손 미니 CV 2008-01-29 액세스
  2. ^ Garman, EF; Grime, GW (2005). "Elemental analysis of proteins by microPIXE". Progress in Biophysics and Molecular Biology. 89 (2): 173–205. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2004.09.005. PMID 15910917.
  3. ^ Geoffrey W Grime Dan32: gupix에 대한 윈도우 인터페이스의 최근 발전. 2004년 슬로베니아 포르토로즈에서 열린 제10차 입자 유도 X선 방출 국제 회의
  4. ^ Maxwell, J; Teesdale, W; Campbell, J (1995). "The Guelph PIXE software package II". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 95 (3): 407. Bibcode:1995NIMPB..95..407M. doi:10.1016/0168-583X(94)00540-0.
  5. ^ Campbell, J (2000). "The Guelph PIXE software package III: Alternative proton database". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 170 (1–2): 193. Bibcode:2000NIMPB.170..193C. doi:10.1016/S0168-583X(00)00156-7.
  6. ^ 그래시, N, 등 그림 "Madonna dei fusi" 제10차 국제 픽사 컨퍼런스(2004)의 층층적 분석을 위한 PIXE의 차등 측정 - 2008-01-29, 2007년 9월 8일 웨이백 머신에 보관
  7. ^ Ludovic Bellot-Gurlet 외 연구진[doi:10.1016/j.nimb. 2005.06.216] "고고고학에서 증명 연구: PIXE, ICP-AES 및 ICP-MS의 비교, 원자력 기구 및 물리 연구 방법 B 240 (2005) 583–588, 2021-06-20에 접속

외부 링크