Stima Accurata degli Stati di Ossidazione con i Sistemi Lab-XAS QuantumLeap di Sigray
I sistemi QuantumLeap di Sigray fanno approdare le performances da sincrotrone direttamente in laboratorio. Due configurazioni sono possibili, una per analisi a più basse energie (V210, range: 1.7 keV – 10 keV) ed una per le più alte energie (H2000, range: 4.5 – 25 keV). I componenti montati sui sistemi sono di gran lunga i migliori per raggiungere performances XAS di altissimo livello in laboratorio. Sorgente e ottiche sono comuni a entrambi i sistemi e sono i principali punti di forza, permettendo l’analisi high-thoughput e ad alta risoluzione sia per il regime XANES che EXAFS (l’analisi EXAFS ad alta risoluzione è unica nel suo genere per strumentazione da laboratorio). Entrambi i sistemi sono automatizzati ed i cristalli analizzatori sfruttano la geometria di Johansson, riducendo drasticamente l’errore di focusing.
Il sistema V210, essendo ottimizzato per le basse energie, opera in vuoto con una geometria di acquisizione dispersiva: il fascio arriva sul campione ed il cristallo risolve spazialmente le lunghezze d’onda sul detector.
Il sistema H2000, essendo ottimizzato per le alte energie, opera in aria ambiente con percorso di volo in He. La geometria di acquisizione è per step: il fascio arriva prima sul cristallo, selezionato e fatto convergere sul campione con step energetici regolati da utente. Inoltre, il sistema H2000 può acquisire in modalità di fluorescenza con detectors dedicati, ove la trasmissione non arriva in maniera efficiente (es. campioni ad alto Z, molto assorbenti).
Grazie alla alta velocità di scansione e l’alto flusso di fotoni prodotti dalle sorgenti brevettate Sigray, si possono effettuare analisi in regime di XANES ed EXAFS in pochi minuti. Ad esempio, si può studiare un set di campioni/composti della famiglia del Mn per ricavare lo stato di ossidazione non noto di un campione facente parte del set. Per ogni campione del set, l’acquisizione del regime XANES è possibile in pochi minuti. I picchi pre-edge sono quindi osservabili nella maggior parte dei campioni:
Considerando la curva del campione non noto di Mn, non si evincono picchi pre-edge. Dai dati ricavati, si può quindi effettuare un fit per la stima dello stato di ossidazione in funzione della edge energy:
| Sample | Oxidation State | Edge Energy (eV) Literature Values | Edge Energy (eV) Sigray Data |
| Mn foil | 0 | 6539 | 6539.00 |
| MnO | 2 | 6543 | 6543.66 |
| Mn3O4 | 2.7 | 6545 | 6545.70 |
| Mn2O3 | 3 | 6547 | 6547.70 |
| Mn | 3.37 (est.) | 6548.35 | |
| MnO2 | 4 | 6548.6 | 6550.70 |
La edge energy misurata dal QuantumLeap per ogni campione del set risulta in eccellente accordo con i valori in letteratura. La stima dello stato di ossidazione del sample non noto di Mn risulta essere pari a circa 3.37.
Analizzando le più alte energie, si possono studiare anche i valori di distanza radiale, ad esempio per il campione di Mn3O4 presente nel set, ottenendo sempre misure stabili in pochi minuti:
Il tutto è reso possibile grazie ad un sistema da laboratorio che ricalca, nelle sue unicità, gran parte delle performances che si possono ottenere da sincrotrone.
