|
Röntgenspektroskopie (lateinisch spectrum: Bild, griechisch skopein: betrachten), analytisches Verfahren, bei dem mit Hilfe von Röntgenstrahlen Informationen über die Beschaffenheit eines Stoffes gewonnen werden können. Röntgenstrahlen sind nach Wilhelm Conrad Röntgen benannt, der sie 1895 entdeckte und in seinen ersten Abhandlungen zunächst als X-Strahlen beschrieb. Im angelsächsischen Sprachgebrauch werden sie daher auch als X-Rays bezeichnet.
Röntgenstrahlen bestehen aus elektromagnetischen Wellen, die eine kurze Wellenlänge im Bereich von etwa 10-9 bis 10-12 Metern haben. Diese Wellen entstehen, wenn energiereiche Elektronen auf andere Materie treffen. Dabei werden die Elektronen an den Elektronenwolken der Atome gebremst und eine Bremsstrahlung ausgesendet. Daneben können die Elektronen auch Elektronen von inneren Schalen eines Atoms durch Stoß herausschlagen. Die entstehende Elektronenlücke wird durch Nachrücken von Elektronen, die sich in weiter außen liegenden Schalen befinden, wieder geschlossen. Bei diesem Vorgang tritt eine Strahlung aus, die charakteristisch für das Element ist. Bei jedem Element ist auf Grund seiner unterschiedlichen Kernladungszahl (siehe Atom, Atomkern) der Abstand der Schalen verschieden groß. Deswegen variieren die Wellenlängen der ausgesendeten Röntgenstrahlen je nach Element. Durch Detektion dieser Strahlen kann die Zusammensetzung eines Stoffes identifiziert werden.
Experimentell werden die energiereichen Elektronen an einer Glühkathode, die aus einem Wolframdraht besteht, in eine evakuierte Glasröhre freigesetzt. Durch eine angelegte Spannung werden diese auf die Anode hin beschleunigt und setzen dort die Röntgenstrahlung frei. Diese lässt sich durch photographische Filme und Photoplatten nachweisen. Genauere Nachweisgeräte sind Zählrohre und Szintillationszähler (siehe Teilchendetektoren).
Röntgenstrahlen haben ähnlich wie Gammastrahlen eine ionisiernde Wirkung auf feste Materie. Aus diesem Grund sind beim Umgang mit Röntgenstrahlung besondere Vorsichtsmaßnahmen zu beachten (siehe hierzu auch biologische Strahlenwirkungen). Sie sind aber trotzdem in der medizinischen Diagnostik von großer Bedeutung. Siehe auch Radiologie
Die Röntgenspektroskopie unterteilt man in Emissions- und Absorptionsspektroskopie. Bei der Röntgenemissionsspektroskopie wird die Oberfläche eines Festkörpers mit Elektronen bestrahlt und die charakteristische Röntgenstrahlung mit Sonden detektiert. Da die Elektronen nicht sehr weit in die Materie eindringen können, ist diese Untersuchungsmethode sehr schonend. Mit Hilfe dieser Methode lassen sich auch Spurenelemente analysieren. So kann man die Zusammensetzung von Gesteinen z. B. des Mondes auf diese Weise feststellen. Bei der Röntgenabsorptionsspektroskopie werden Elektronen, die sich in tieferen Schalen eines Atoms befinden, mit Röntgenstrahlen angeregt. Diese Ionisierung des Atoms erfordert je nach der Umgebung des Atoms eine unterschiedliche Energie. So lassen sich mit Hilfe der Röntgenspektroskopie die Bindungsverhältnisse in einem Molekül aufklären. Auch der Elektronen ziehende und Elektronen schiebende Effekt von Atomgruppen, die benachbart sind, kann so untersucht werden.
Nicht zur Röntgenspektroskopie zählt die Röntgenstrukturanalyse. Bei dieser werden Röntgenstrahlen einer bestimmte Wellenlänge (monochromatisch) an den Elektronen eines Kristallgitters gebeugt. Durch Auswertung der Interferenzbilder und die Intensität der Reflexe kann die Struktur des Kristalls bestimmt werden. Mit dieser Methode lassen sich sogar Kristalle von biochemischen Makromolekülen wie Proteinen analysieren.
Ein Spezialfall der Röntgenspektroskopie ist die Röntgenfluoreszenzspektroskopie. Abgekürzt wird diese Methode mit RFA (Röntgenfluoreszenzanalyse). Bei dieser werden durch Röntgenstrahlen Elektronen von Atomen von einer inneren Schale auf eine äußere gehoben. Elektronen anderer Schalen füllen die Lücken auf und senden dabei Fluoreszenzstrahlung aus. Anwendung findet die RFA bei der Untersuchung von Festkörpern, Pasten und Lösungen. Es können aber nur Elementen, die eine höhere Ordnungszahl als 9 haben, analysiert werden. Weitere Methoden der Röntgenspektroskopie sind die Auger-Spektroskopie und die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie.
|
