حافة ك

في مطيافية امتصاص الأشعة السينية ، فإن حافة K هي زيادة مفاجئة في امتصاص الأشعة السينية تحدث عندما تكون طاقة الأشعة السينية أعلى بقليل من طاقة ربط الغلاف الإلكتروني الداخلي للذرات المتفاعلة مع الفوتونات. يعتمد المصطلح على تدوين الأشعة السينية ، حيث يُعرف الغلاف الإلكتروني الداخلي باسم غلاف K. من الناحية الفيزيائية، تحدث هذه الزيادة المفاجئة في التوهين بسبب الامتصاص الضوئي للفوتونات. لكي يحدث هذا التفاعل، يجب أن يكون للفوتونات طاقة أكبر من طاقة ربط إلكترونات غلاف K (حافة K). وبالتالي فإن الفوتون الذي يتمتع بطاقة أعلى بقليل من طاقة ربط الإلكترون يكون أكثر عرضة للامتصاص من الفوتون الذي يتمتع بطاقة أقل بقليل من طاقة الربط هذه أو أعلى بكثير منها. ^[1]

الطاقات القريبة من حافة K هي أيضًا موضوعات للدراسة، وتوفر معلومات أخرى.

تتمتع عوامل التباين الإشعاعي اليود والباريوم بطاقة ربط مثالية لغلاف K لامتصاص الأشعة السينية: 33.2 كيلو فولت و37.4 كيلو فولت على التوالي، وهو ما يقترب من متوسط ​​طاقة معظم أشعة الأشعة السينية التشخيصية. يمكن أيضًا العثور على زيادات مفاجئة مماثلة في التوهين لأغلفة داخلية أخرى غير غلاف K؛ المصطلح العام للظاهرة هو حافة الامتصاص . ^[2]

تستفيد تقنيات التصوير المقطعي المحوسب ثنائي الطاقة من التوهين المتزايد للتباين الإشعاعي اليودي عند طاقات الأنبوب المنخفضة لزيادة درجة التباين بين التباين الإشعاعي اليودي وغيره من المواد البيولوجية عالية التوهين الموجودة في الجسم مثل الدم والنزيف. ^[3]

تعد تقنية مطيافية حافة المعدن K تقنية مطيافية تستخدم لدراسة الهياكل الإلكترونية لذرات المعادن الانتقالية والمجمعات . تقيس هذه الطريقة امتصاص الأشعة السينية الناجم عن إثارة إلكترون 1s إلى حالات مرتبطة بالتكافؤ موضعية على المعدن، مما يخلق ذروة امتصاص مميزة تسمى حافة K. يمكن تقسيم حافة K إلى منطقة ما قبل الحافة (تشتمل على انتقالات ما قبل الحافة والحافة الصاعدة) ومنطقة الحافة القريبة (تشتمل على انتقال الحافة المكثف و~150 إلكترون فولت فوقها).

تُظهر الحافة K لأيون معدن انتقالي ذو غلاف مفتوح انتقالًا ضعيفًا من 1s إلى فلز تكافؤ d عند طاقة أقل من قفزة الحافة الشديدة. يكتسب هذا الانتقال المحظور ثنائي القطب شدة من خلال آلية رباعية الأقطاب و/أو من خلال خلط 4p في الحالة النهائية. تحتوي الحافة المسبقة على معلومات حول حقول الربيطة وحالة الأكسدة . يؤدي ارتفاع أكسدة المعدن إلى استقرار أكبر للمدار 1s فيما يتعلق بمدارات المعدن d، مما يؤدي إلى طاقة أعلى للحافة المسبقة. تسبب تفاعلات الترابط مع الربيطة أيضًا تغييرات في الشحنة النووية الفعالة للمعدن (Z _eff )، مما يؤدي إلى تغييرات في طاقة الحافة المسبقة.

تعتمد الكثافة تحت انتقال ما قبل الحافة على الهندسة حول المعدن الممتص ويمكن ربطها بالتناظر البنيوي في الجزيء. ^[4] تتمتع الجزيئات ذات التناظر المركزي بكثافة منخفضة قبل الحافة، بينما تزداد الكثافة مع ابتعاد الجزيء عن التناظر المركزي. يرجع هذا التغيير إلى الاختلاط الأعلى للمدارات 4p مع المدارات 3d حيث يفقد الجزيء التناظر المركزي.

تتبع الحافة الصاعدة الحافة السابقة، وقد تتكون من عدة انتقالات متداخلة يصعب حلها. يحتوي موضع الطاقة للحافة الصاعدة على معلومات حول حالة أكسدة المعدن.

في حالة معقدات النحاس، تتكون الحافة الصاعدة من انتقالات مكثفة، والتي توفر معلومات حول الترابط. بالنسبة لأنواع Cu ^I ، فإن هذا الانتقال هو كتف مميز وينشأ من انتقالات 1s→4p المكثفة المسموح بها ثنائي القطب الكهربائي. يمكن استخدام الكثافة والطاقة الطبيعية لانتقالات الحافة الصاعدة في معقدات Cu ^I هذه للتمييز بين مواقع Cu ^{I ذات الإحداثيات الثنائية والثلاثية والرباعية. [5]} في حالة ذرات النحاس ذات حالة الأكسدة الأعلى، يكون انتقال 1s→4p أعلى في الطاقة، مختلطًا بمنطقة الحافة القريبة. ومع ذلك، لوحظ انتقال مكثف في منطقة الحافة الصاعدة لمعقدات Cu ^III وبعض Cu ^II من انتقال اهتزازي محظور رسميًا لإلكترونين 1s→4p+. تنشأ عملية "الاهتزاز" هذه من انتقال 1s→4p الذي يؤدي إلى استرخاء الحالة المثارة، تليها عملية نقل شحنة الربيطة إلى المعدن إلى الحالة المثارة.

يمكن تركيب انتقال الحافة الصاعدة هذا في نموذج تكوين رابطة التكافؤ (VBCI) للحصول على تركيبة دالة الموجة للحالة الأرضية ومعلومات عن مساهمة الحالة الأرضية . يصف نموذج VBCI الحالة الأرضية والحالة المثارة كتركيبة خطية للحالة d القائمة على المعدن وحالة نقل الشحنة القائمة على الربيطة. كلما زادت مساهمة حالة نقل الشحنة في الحالة الأرضية، زادت مساهمة الحالة الأرضية مما يشير إلى رابطة أقوى بين المعدن والربيطة.

من الصعب تحليل المنطقة القريبة من الحافة كميًا لأنها تصف التحولات إلى مستويات متواصلة لا تزال تحت تأثير الإمكانات الأساسية. هذه المنطقة مماثلة لمنطقة EXAFS وتحتوي على معلومات هيكلية. يمكن الحصول على استخراج المعلمات المترية من منطقة الحافة باستخدام كود التشتت المتعدد المطبق في برنامج MXAN. ^[6]

تعد مطيافية حافة K للربيطة تقنية طيفية تستخدم لدراسة الهياكل الإلكترونية لمجمعات المعدن والربيطة . ^[7] تقيس هذه الطريقة امتصاص الأشعة السينية الناتج عن إثارة إلكترونات الربيطة 1s إلى مدارات p غير مملوءة ( العدد الكمي الرئيسي ) وحالات متصلة، مما يخلق ميزة امتصاص مميزة تسمى حافة K. ${\displaystyle n\leq 4}$

يمكن أن تحدث انتقالات عند طاقات أقل من الحافة، بشرط أن تؤدي إلى مدارات ذات بعض خصائص الربيطة p؛ تسمى هذه الخصائص بالحواف المسبقة. ترتبط كثافات ما قبل الحافة ( D ₀ ) بكمية خصائص الربيطة (L) في المدار غير المملوء:

${\displaystyle D_{0}(L\ 1s\rightarrow \psi ^{*})=const\ \vert \langle L\ 1s\vert \mathbf {r} \vert \psi ^{*}\rangle \vert ^ {2}=\alpha ^{2}\ const\ \vert \langle L\ 1s\vert \mathbf {r} \vert L\ np\rangle \vert ^{2}}$

حيث هي دالة الموجة للمدار غير المملوء، وr هي عامل ثنائي القطب الانتقالي، و هي "الترابط التساهمي" أو خاصية الربيطة في المدار. بما أن ، يمكن تبسيط التعبير أعلاه الذي يربط بين شدة ومشغلي الانتقال الكمومي لاستخدام القيم التجريبية: ${\displaystyle \psi ^{*}}$${\displaystyle \alpha ^{2}}$${\displaystyle \psi ^{*}={\sqrt {1-\alpha ^{2}}}\vert M_{d}\rangle -\alpha \vert L_{np}\rangle }$

${\displaystyle D_{0}={\frac {\alpha ^{2}h}{3n}}I_{s}}$

حيث n هو عدد ذرات الربيطة الممتصة، وh هو عدد الثقوب، و I _s هو التكامل ثنائي القطب الانتقالي الذي يمكن تحديده تجريبيًا. لذلك، من خلال قياس شدة الحواف الأولية، من الممكن تحديد مقدار صفة الربيطة في المدار الجزيئي تجريبيًا.

• حافة معدنية على شكل حرف L
• بنية دقيقة لامتصاص الأشعة السينية الممتدة