E de Rayos X

8/16/2019 E de Rayos X

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Introducci$n

%os Ra&os ( fueron descu)iertos de formaaccidental en #*+, -or el físico alemán.ilhelm Conrad Roentgen mientras

estudia)a los ra&os cat$dicos en un tu)ode descarga gaseosa de alto /olta0e1

Roentgen /io ue una -antalla de-latinocianuro de )ario3 ue casualmenteesta)a cerca3 emitía lu 5uorescente

siem-re ue funciona)a el tu)o1


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6e tal manera ue tras realiare7-erimentos adicionales3 determin$ue la 5uorescencia se de)ía a unaradiaci$n in/isi)le más -enetranteue la radiaci$n ultra/ioleta1Roentgen llam$ a los ra&os in/isi)les

8Ra&os (9 -or su naturaleadesconocida1 Posteriormente3 losra&os ( fueron tam)in denominadosra&os Roentgen en su honor1


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;C$mo se -roducen<

%os ra&os ( son -roductos de ladesaceleraci$n rá-ida de electrones mu&energticos =del orden #!!!eV> al chocarcon un )lanco metálico1 ?eg@n la mecánicaclásica3 una carga acelerada emiteradiaci$n electromagntica3 de este modo3el choue -roduce un es-ectro continuo dera&os ( =a -artir de cierta longitud de onda

mínima>1 ?in em)argo e7-erimentalmente3además de este es-ectro continuo3 seencuentran líneas características -ara cadamaterial1


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%a -roducci$n de ra&os ( se da en un tu)o de ra&os (

ue -uede /ariar de-endiendo de la fuente deelectrones & -uede ser de dos clases: tu)os conlamento o tu)os con gas1

Bl tu)o con lamento es un tu)o de /idrio al /acío enel cual se encuentran dos electrodos en suse7tremos1 Bl cátodo es un lamento caliente detungsteno & el ánodo es un )loue de co)re en el cualesta inmerso el )lanco1 Bl ánodo es refrigeradocontinuamente mediante la circulaci$n de agua1 %oselectrones generados en el cátodo son enfocadoshacia un -unto en el )lanco =ue -or lo general -osee

una inclinaci$n de 4,> & -roducto de la colisi$n losra&os ( son generados1 Finalmente el tu)o de ra&os (-osee una /entana la cual es trans-arente a este ti-ode radiaci$n ela)orada en )erilio3 aluminio o mica1


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El tubo con gas se encuentra a una presiónde aproximadamente 0.01 mm Hg y es controladamediante una válvula; posee un cátodo de

aluminio cóncavo. Las partículas ionizadas denitrógeno y oxígeno presentes en el tubo sonatraídas !acia el cátodo y ánodo. Los ionespositivos son atraídos !acia el cátodo e inyectan

electrones a este. "osteriormente los electronesson acelerados !acia el ánodo #$ue contiene alblanco% a altas energías para luego producirrayos &.


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Bs-ectros

Espectro continuo Bl tu)o de ra&os ( está constituido -or dos

electrodos =cátodo & ánodo>3 una fuente deelectrones =cátodo caliente> & un )lanco1 %oselectrones se aceleran mediante una diferencia de-otencial entre el cátodo & el ánodo1 %a radiaci$nes -roducida 0usto en la ona de im-acto de loselectrones & se emite en todas direcciones1

%a energía aduirida -or los electrones /a a estardeterminada -or el /olta0e a-licado entre los doselectrodos1 Como la /elocidad del electr$n -uedealcanar /elocidades de hasta =# D> c de)emosconsiderar efectos relati/ista1


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Bui-os Etiliados

%os eui-os ue utilian esta tcnica se )asaen el fen$meno de a)sorci$n3 emisi$n35uorescencia3 difracci$n & dis-ersi$n de la

radiaci$n electromagntica1 %a cual en ra&os 7es de !1#2, Armstrong1


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Existen distintas formas de obtener unafuente de radiación de rayos x :

#> Por )om)ardeo deun )lanco metálico= ánodo > con un ha deelectrones de ele/adaenergía =cintica> estesistema consiste en uncátodo ue emite

electrones al a-licarleun ele/ado -otencial3al ánodo o )lancometálico emitiendora&os 71


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2> Por una fuente secundaria ueconsiste en la e7-osici$n de unasustancia a un ha -rimario dera&os 7 de manera ue la sustanciagenere un ha secundario de5uorescencia de ra&os 73 de esta

manera se e/ita el es-ectrocontinuo de la fuente -rimaria & setra)a0a solo con los es-ectroslineales de la fuente secundaria1


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D> Etiliando una fuenteradioacti/a =generalmenteis$to-os> cu&a desintegraci$n

genera una emisi$n de ra&os 71 %a radiaci$n de fuentes -rimarias

de ra&os 7 es continua1


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%a Muestra

La muestra -ro)lema no

tiene un reci-ientedeterminado &a ue laradiaci$n 7 afecta a loselectrones de las ca-as masinternas del átomo del analito-or lo tanto no afecta losenlaces3 además la radiaci$n7 atra/iesa totalmente a lamuestra -or esta ra$n noim-orta si el átomo delanalito esta at$mico o como

una molcula3 liuido 3 s$lidoo gaseoso3 los @nicos limiteslos im-one el instrumento & latcnica ue se este usando3&a sea a)sorci$n o difracci$n1


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6etectores

%os -rimeros detectores transforma)anla seal en una imagen fotográca=mtodo ue se usa aun -ero en

re'racción de ra&os 7 >3 ahora se usandetectores ue transforman la seal enun im-ulso elctrico3 estos son mu&similares a las tcnicas dees-ectrosco-ia anteriores1


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Li-os 6e 6etectores

(e recuento de 'otones

(etector de gas

)ontador de centelleo (etector de semiconductor


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6e Recuento 6e Fotones

Consisten en detectores fotoelctricos uetransforman cada fot$n -ro/eniente de laradiaci$n ( =ha atenuado -or el analito en elcaso de a)sorci$n o radiaci$n 5uorescente enel caso de emisi$n -or -arte del analito> lotransforma en un im-ulso elctrico3 todos losim-ulsos son contados -or el a-arato3 estosdetectores son usados -ara radiaciones ( de-oca frecuencia3 generalmente en sistemasdis-ersí/os de energía =los ue no usanmonocromador >1

=Auí se -uede seleccionar la longitud deonda -or discriminaci$n de la energía>1


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6etector 6e Gas

%a radiaci$n ( -asa a tra/s de un gasinerte el cual se ionia -or el -aso deesta radiaci$n de alta energía3 los

electrones -roducidos -roducto de laioniaci$n del gas /ia0an a un ánodo &los cationes a un cátodo3 los cualestienen una diferencia de -otenciala-licada3 esto genera una corriente uees detectada & medida1


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6etector 6e ?emiconductor

Consiste en un cristal de silicio ue aumentasu conducti/idad con el -aso de radiaci$n 71


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;C$mo Funciona Bl Fen$meno deRa&os (<

A diferencia de es-ectrosco-ia at$mica3 en laes-ectrosco-ia de ra&os ( se /en afectados loselectrones de ni/eles mas internos3 el electr$nacelerado en la fuente -rimaria =B01: -or

)om)ardeo de electrones> choca con loselectrones de las ca-as más internas de losátomos del ánodo =)lanco> o de la fuentesecundaria =la es-ecie ue genera una radiaci$n5uorescente>3 al chocar saca un electr$n de

estas ca-as -roducindose una /acancia3 la cuales 8ta-ada 8-or los electrones de las ca-as máse7ternas3 esta transici$n de la ca-a mas e7ternaa una mas interna genera radiaci$n (1


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;C$mo ?e Produce %a

Lransici$n< Ahora si la transici$n se -roduce

de las ca-as no tan e7ternas a la

interna se llama radiaci$n de ti-o la cual tiene sus su)di/isionesde acuerdo a los su)ni/eles deenergía3 estas su)di/isiones so N3O3 1


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si la transici$n ocurre de las ca-as mase7ternas a la ca-a interna3 se llama transici$n% la cual tiene las mismas su)di/isiones de 1

Aunue el numero de radiacionescaracterísticas -osi)les -ara cada elementoes mu& grande3 muchas de ellas son mu&-eueas = ha& mu& -oca -ro)a)ilidad ue se

-roduca la transici$n electr$nica ue lasorigina> el numero de radiaciones ue seregistran es aun mas -euea de)ido a su

mínima diferencia de energía1


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;Con u se de)e contar -ara uese -roducan todas estas

transiciones< los átomos de)en tener los electrones

sucientes -ara -roducir todas lasca-as necesarias de electrones1 A un

ma&or numero at$mico de la sustanciaue se usa como fuente3 ma&or será el/olta0e ue se de)e a-licar a la fuentede radiaci$n3 -ara -roducir un electr$n

con la energía necesaria -ara arrancarun electr$n de este átomo & así-roducir la radiaci$n 7 ue se utiliara1


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;Loda %a Bnergía Etiliada Para laB7citaci$n del Cátodo Produce

Ra&os ( < Qo3 solo un # es utiliada

en -roducir ra&os 73 el resto

se disi-a en forma de calor-or esto se usa un sistema

refrigerante en estasfuentes el cualgeneralmente es agua1


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+(e $u, depende $ue se logrela Longitud de -nda mas

Energ,tica %a longitud de onda mínima ue se

logre= la longitud mas energtica>

de-ende del -otencial ue sea-liue a la fuente -rimaria3 enotra -ala)ras3 de-ende de laenergía cin,tica $ue alcance elelectr$n ue arranca el átomo a lasustancia ue genera la radiaci$n(1


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;%a 6ifracci$n de Ra&os ( tienesFines Cuantitati/os<

Qo 3 la difracci$n de ra&os ( =des/ío delángulo del ha incidente -roducto de lageometría del analito> solo sir/e -ara

determinar estructuras tanto at$mica como desus cristales o granos del analito1


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; 6e u 6e-enden %as ?ealen enBs-ectrosco-ia de Ra&os (<

6e-enden en gran -arte deln@mero de fotones ca-tados

-or los detectores3 & de estode-ende las medicionescuantitati/as -or estos

mtodos1


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Etiliando mtodos de difracci$n de Ra&os ( es-osi)le identicar las sustancias cristalinas &determinar su estructura1 Casi todos losconocimientos actuales en este cam-o se han

o)tenido o /ericado mediante análisis con Ra&os(1

%os mtodos de difracci$n de Ra&os ( tam)in-ueden a-licarse a sustancias -ul/eriadas ue3

sin ser cristalinas3 -resentan alguna regularidaden su estructura molecular1 Mediante estosmtodos es -osi)le identicar sustanciasuímicas & determinar el tamao de -artículas

ultramicrosc$-icas1


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Fluorescencia de Ra&os (

?i -odemos identicar la longitud de onda oenergía de cada una de estas radiacionescaracterísticas3 -odemos conocer los elementosue com-onen la muestra3 & si -odemos medirsus intensidades3 -odremos conocer susres-ecti/as concentraciones1

%a tcnica ue se encargue de esta tarea reci)eel nom)re de es-ectrometría de 5uorescencia

de ra&os ( o3 tam)in3 es-ectrometría de ra&os(S los eui-os instrumentales ue se utilian-ara este n son los es-ectr$metros de5uorescencia de ra&os (1


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Bn la siguientes gura 3 se muestra el esuema deun es-ectr$metro de 5uorescencia de ra&os ( clásicoo es-ectr$metro de ra&os ( de dis-ersi$n delongitudes de onda3 llamando así -orue el es-ectro

de 5uorescencia -oli cromático emitido -or lamuestra al ser e7citada -or un ha de radiaci$n-roducido -or un tu)o de ra&os (3 es descom-uestoen sus com-onentes monocromáticas en funci$n desus longitudes de onda3 al difractarse en unmonocristal de es-aciado conocido1

Bl ha difractado -ara cada -osici$n angular delmonocristal incide so)re un detector3 generalmenteun detector de gas -ro-orcional de 5u0o o decentelleo3 ue con/ierte los fotones en im-ulsoselctricos1


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6el análisis de estas longitudes de onda se-uede conocer la com-osici$n cualitati/a de

la muestra3 mientras ue la medida de su

intensidad nos da la com-osici$n cuantitati/a1


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Por medio de la Fluorescencia de Ra&os( es-osi)le realiar el análisis uímico elementalcualitati/o3 semicuantitati/o & cuantitati/o3

desde el rango de --m hasta #!!concentraci$n3 en cualuier ti-o de muestras$lida3 en -ol/o o líuida3 inclu&endosoluciones & muestras metálicas1 %as /enta0asde esta tcnica analítica son muchas3 desde la

facilidad en la -re-araci$n de la muestra3 alta-recisi$n3 re-roduci)ilidad3 & ra-ide en elanálisis el cual -ermite o)tener los resultadosen cuesti$n de minutos1


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Conclusi$n

%os Ra&os ( son radiacioneselectromagnticas cu&a longitud de onda /adesde unos #!nm hasta !3!#nm 3 de)ido aesta -ro-iedad su utiliaci$n en el cam-o de

in/estigaci$n ha sido -rimordial -ermitiendoconrmar e7-erimentalmente algunas teoríascomo la cristalográcas1

%os elementos uímicos & sus is$to-os -ueden

identicarse mediante es-ectrosco-ia deRa&os (3 ue determina las longitudes de ondade sus es-ectros de líneas característicos1Varios elementos fueron descu)iertosmediante el análisis de es-ectros de Ra&os (1


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Muchas de las /enta0as de estatcnica se deri/an de la relati/asim-licidad del es-ectro de emisi$n

de ra&os (1 Bn general3 cada elemento tiene unas

-ocas líneas =serie : 2D3 %: *#23 M:2">3 muchas de las cuales son de

intensidad mu& )a0a3 & además cadaserie a-arece en onas de longitud deonda mu& diferentes & localiadas1

Protagonistas:


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Protagonistas:


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Ti)liografía

!ttp/.textoscienti2cos.co$uimicespectroscopiarayos3x

!ttp/.sax.c

!ttp/xml.cie.unam.mxxmlms(octosL45-647-68-9(E9:6&.pd'
http://www.sax.c/http://www.sax.c/

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