![Legge dell’assorbimento
I=intensitàfinaledopospessorex[W/m2
]
I0=intensitàiniziale[W/m2
]
x=spessorematerialeattraversato[m]
=coefficientelinearediassorbimento[m1
]
I=I0 e−μ x
I due effetti implicano cessione di energia alla materia con
diminuzionediintensitàdellaradiazioneincidente
Corpodivertebrati:laradiazioneèassorbitadiversamentedai
diversitessutichelocompongono.Ades.leossacontengono
molto calcio (Z = 20) e producono quindi maggior
assorbimento(maggiore)cheimuscoli(Z≃6)
grande=brevepercorsodellaradiazione
piccolo=percorsodellaradiazionelungo](https://image.slidesharecdn.com/lez05spettroscopiax-180407041404/85/Lez05-spettroscopia-x-17-320.jpg)
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Lez05 spettroscopia x
- 1. I raggi X 1895–scopertacasualediradiazioneignotadaparte di Rontgen (tubo termoionico) durante lo studio della ionizzazionedeigas
- 2. Spettro dei raggi X prodotti da elettroni collidenti con un elemento metallico min corrispondeall'energiacineticadeglielettroni:Ec =hc/min
- 3. Diagramma dei livelli atomici La fastidiosa notazione spettroscopicadeiraggiX: Le transizioni atomiche che originano lo spettro caratteristico dei raggi X si indicanoconnomispeciali: Righe K: lo stato finale dell'elettrone che decade è il livello K, cioè n=1, (K se il livelloinizialeèL,K seèM,…) RigheL:lostatofinaleèillivello L, cioè n=2, (L se il livello inizialeèM,L seèN,…)diagrammalivelliX diMo(Z=42)
- 4. Aspetto generale dello spettro laK :quellaalunghezza d'ondamaggioretraquellea lunghezzad'ondaminima ungruppo di transizioni apiccola nopicchi a minore altre transizioni apiu grande UVvis (raggiX)
- 5. Legge di Moseley • Nel 1913 Moseley genera gli spettri caratteristici di tutti gli elementialloranoti •Lalunghezzad'onda (o equivalentemente la frequenza delle righe K di elementi diversi dipendono solo dal numero atomico Z e obbediscono a una legge semplice (e così fannotuttelealtrerighe) Z
- 6. I raggi X e la costruzione della tavola periodica 1 λ =R 1 m2 − 1 n2 Z−b2 Z=numeroatomico b=schermatura≃1 R=cost.diRydberg =10973731.6m1 I picchi caratteristici nello spettro X sono la carta d’identità degli elementi chimici. Hanno permesso di completarelatavolaperiodicaidentificandoilvaloredi Z(caricanucleare)dituttiglielementi. MedianteipicchiXsisonoidentificatinuovielementi
- 7. Confronto spettro ottico - raggi X RaggiX •livellipiùinterni(dicore) •frequenze/energie elevate (h>50eV) •poco influenzati dai legami chimici •pocherighebenidentificate •Eccitazione: si crea una lacuna (hole) in un livello profondo (di core) portando l'elettroneinunlivellovuoto Spettriottici •livellipiùesterni(valenza) •frequenze/energie ottiche (1eV<h<20eV) •cambiano molto nelle molecolerispettoagliatomi •tantissimerighe •Eccitazione: si promuove un elettrone di valenza ad unlivellovuotopiùalto
- 8. Esempi di spettri di emissione (fluorescenza) X LospettrodiemissioneXdiunsingoloelemento(quiPb)mostra pochipicchibenidentificati. NellafluorescenzaXgliatomisonoeccitatidaraggiX,invece chedaisolitielettroni.Vantaggio:nonservevuoto. L'isotopo 109 Cd è spesso usato come sorgenti di raggi X () a 214keV.Vantaggio:portabilità.
- 9. Esempi di spettri di fluorescenza X Ipicchicaratteristicidivarielementisidistinguonochiaramente nellospettrodiemissione:unottimotoolanalitico.
- 12. Confronto spettro ottico - raggi X: differenze tecnologiche SpettroscopiaX •vuoto •monocromatoriacristalli(Si) •sorgenti: anodo rotante, decadimenti nucleari (109 Cd), sincrotroni •lenti inefficienti (n ~ 1: solo Fresnel), specchi inefficienti (solo cristalli, di solito Si) e ingombranti, fenditure scatterano e emettono elettroni,“finestre”inefficienti diBe. Spettroscopiaottica •aria •monocromatoriareticolo •luminose & efficienti sorgenti standard (lampade/laser) •lenti, specchi, fenditure, “finestre” semplici, standard, economici & efficienti
- 13. Assorbimento di raggi X InterazioneraggiXmateria Cessionedienergiasoprattuttoaglielettroni interni,conpossibileeccitazionedegliatomi Atomo eccitato diventa instabile e poi decade... Dueprocessiimportanti:Dueprocessiimportanti: EffettoEffetto fotoelettricofotoelettrico (elettroni interni) EffettoEffetto ComptonCompton (elettroni valenza) 3p 3s 1s 2p 2s 4s 3d K L M 4p
- 14. Effetto fotoelettrico fotoneXdibassaenergiainteragisceconelettronelegato cedendotuttalasuaenergia Step 1: un elettrone di core è espulsoesiformaunalacuna Step2:unelettronedasaltada un'orbita più alta a colmare la lacuna, con emissione X caratteristica Possibilità di nuovo effetto fotoelettrico: si crea possibilità di reazione “a catena” (anche l'elettrone espulsopuòionizzare) Eccitazioni elettroniche ad alta energia: danni biologici se il materiale bersaglio consiste di cellule
- 15. Spettricaratteristicidegliatomi,semplicedipendenzadaZ. Scarsadipendenzadall'environmentchimico.Scarsadipendenzadall'environmentchimico. Spettri di assorbimento di raggi X elettronestrappato dashellK(n=1) elettronestrappato dashellL(n=2) L'assorbimentototale tendeadaumentareconZ
- 16. Effetto Compton Radiazioni di alta energia. Il fotone cede parte dellasuaenergiaadelettronipiùesterni(“liberi”) Il fotone diffuso può interagiredinuovocon effetto fotoelettrico o Compton Spettrocontinuo L'intensitàdieffettofotoelettricoeComptonaumentaconZ La maggior parte dei materiali biologici sono composti soprattutto di atomi a basso Z (H (Z=1), C (Z=6), N (Z=7), O (Z=8):ComptondominaaEfotone >300keV
- 17. Legge dell’assorbimento I=intensitàfinaledopospessorex[W/m2 ] I0=intensitàiniziale[W/m2 ] x=spessorematerialeattraversato[m] =coefficientelinearediassorbimento[m1 ] I=I0 e−μ x I due effetti implicano cessione di energia alla materia con diminuzionediintensitàdellaradiazioneincidente Corpodivertebrati:laradiazioneèassorbitadiversamentedai diversitessutichelocompongono.Ades.leossacontengono molto calcio (Z = 20) e producono quindi maggior assorbimento(maggiore)cheimuscoli(Z≃6) grande=brevepercorsodellaradiazione piccolo=percorsodellaradiazionelungo
- 18. Applicazioni: Radiografia La pellicola registra ombreombre più o meno intense in un fascio circa parallelo di raggi X. Tradizionalmente, le immagine sono registrate con pellicola fotograficanegativa: Zonepiùchiare:intensitàraggiX è minore (tessuti con maggiore assorbimento) Zonepiùscure:intensitàraggiX è maggiore (tessuti con debole assorbimento)
- 19. Tomografia a scansione parallela
- 20. Tomografia assiale computerizzata (TAC, o CAT – CT in inglese)
- 21. Microscopia X MicrotomografiaaraggiXdiuna cellula di lievito. Sono visibili gli organelliinterni.Rosso:ilnucleoe ungrossovacuolo.Bianco:gocce dilipidi.Arancione/verde:strutture citoplasmiche. http://www.lbl.gov/ScienceArticles/Archive/ALSxraymicroscopy.html Microimmagine a raggi X di materiali biologici in un minerale, con analisi di elementi mediante fluorescenza. http://www.esrf.eu/UsersAndScience/Publications/Highlights/2007/XIM/XIM8 Vantaggio su luce visibile: minore ⇒ meno diffrazione, più dettaglio
- 22. Altre applicazioni dei raggi X: diffrazione Si usano i cristalli come reticolididiffrazione.
- 23. Diffrazione cristallografia ` 1912:vonLaueipotizzacheilreticolocristallinosi comporticomeunreticolodidiffrazioneperraggiX 2dsin θ=mλ m=1,2,3.... èlametàdell'angolodicambiamentodidirezionedellaradiazione
- 24. Diffrazione da cristalli semplici SiC,polvereopolicristallo Si(direz.111),monocristallo 2dsin θ=mλ m=1,2,3....
- 25. Struttura delle macromolecole Proteine(es.enzimi)eDNA/RNA (es.virus)sonomolecoleformate da migliaia di atomi, e formano cristalli molto complicati, compostiprincipalmentediH,C, N,O(atomibiologici,bassoZ). Tecnica degli atomi pesanti: atomi ad alto Z diffondono maggiormente i raggi X. Atomi pesanti (es. Os, Pt, Au, Hg, Pb) vengonousaticomemarcatoriin punticaratteristicidellamolecola. Studio della differenza delle figure di diffrazione con e senza marcatori dà informazioni sulla strutturadellemacromolecole. Pattern di diffrazione e struttura tridimensionale di lac repressor
- 26. Diffrazione dalla doppia elica Il pattern di diffrazione originalechehapermesso dicostruireilmodellodella doppiaelica. MauriceWilkins&RosalindFranklin esperimentinel195052 Watson,Crick,andWilson:NobelPrize1962