Cameron Merritt
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A espectroscopia de raios-X é uma técnica que detecta e mede fótons, ou partículas de luz, que têm comprimentos de onda na porção de raios-X do espectro eletromagnético. É usado para ajudar os cientistas a compreender as propriedades químicas e elementares de um objeto.
Existem vários métodos diferentes de espectroscopia de raios-X que são usados em muitas disciplinas da ciência e tecnologia, incluindo arqueologia, astronomia e engenharia. Esses métodos podem ser usados independentemente ou em conjunto para criar uma imagem mais completa do material ou objeto sendo analisado.
História
Wilhelm Conrad Röntgen, um físico alemão, recebeu o primeiro Prêmio Nobel de Física em 1901 por sua descoberta de raios X em 1895. Sua nova tecnologia foi rapidamente posta em uso por outros cientistas e médicos, de acordo com o Laboratório Nacional de Aceleração SLAC.
Charles Barkla, um físico britânico, conduziu pesquisas entre 1906 e 1908 que o levaram à descoberta de que os raios X podem ser característicos de substâncias individuais. Seu trabalho também lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física, mas só em 1917.
O uso da espectroscopia de raios-X na verdade começou um pouco antes, em 1912, começando com uma equipe de pai e filho de físicos britânicos, William Henry Bragg e William Lawrence Bragg. Eles usaram a espectroscopia para estudar como a radiação de raios-X interagia com os átomos dentro dos cristais. Sua técnica, chamada cristalografia de raios-X, tornou-se o padrão na área no ano seguinte e eles ganharam o Prêmio Nobel de Física em 1915.
Como funciona a espectroscopia de raios-X
Quando um átomo está instável ou é bombardeado com partículas de alta energia, seus elétrons passam de um nível de energia para outro. Conforme os elétrons se ajustam, o elemento absorve e libera fótons de raios-X de alta energia de uma forma característica dos átomos que compõem aquele elemento químico específico. A espectroscopia de raios-X mede essas mudanças na energia, o que permite aos cientistas identificar os elementos e entender como os átomos em vários materiais interagem.
Existem duas técnicas principais de espectroscopia de raios-X: espectroscopia de raios-X dispersiva de comprimento de onda (WDXS) e espectroscopia de raios-X dispersiva de energia (EDXS). O WDXS mede os raios X de um único comprimento de onda que são difratados por um cristal. EDXS mede a radiação de raios-X emitida por elétrons estimulados por uma fonte de alta energia de partículas carregadas.
Em ambas as técnicas, como a radiação é dispersa indica a estrutura atômica do material e, portanto, os elementos dentro do objeto que está sendo analisado.
Vários aplicativos
Hoje, a espectroscopia de raios-X é usada em muitas áreas da ciência e tecnologia, incluindo arqueologia, astronomia, engenharia e saúde.
Antropólogos e arqueólogos são capazes de descobrir informações ocultas sobre os artefatos antigos e vestígios que encontram, analisando-os com espectroscopia de raios-X. Por exemplo, Lee Sharpe, professor associado de química no Grinnell College em Iowa, e seus colegas, usaram um método chamado espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF) para identificar a origem das pontas de flechas de obsidiana feitas por povos pré-históricos no sudoeste da América do Norte. A equipe publicou seus resultados em outubro de 2018 no Journal of Archaeological Science: Reports.
A espectroscopia de raios-X também ajuda os astrofísicos a aprender mais sobre como os objetos no espaço funcionam. Por exemplo, pesquisadores da Washington University em St. Louis planejam observar os raios X que vêm de objetos cósmicos, como buracos negros, para aprender mais sobre suas características. A equipe, liderada por Henric Krawczynski, astrofísico experimental e teórico, planeja lançar um tipo de espectrômetro de raios-X chamado polarímetro de raios-X. A partir de dezembro de 2018, o instrumento será suspenso na atmosfera da Terra por um balão de hélio de longa duração.
Yury Gogotsi, químico e engenheiro de materiais da Universidade Drexel, na Pensilvânia, cria antenas spray-on e membranas de dessalinização de água com materiais analisados por espectroscopia de raios-X.
As antenas spray-on invisíveis têm apenas algumas dezenas de nanômetros de espessura, mas são capazes de transmitir e direcionar ondas de rádio. Uma técnica chamada espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) ajuda a garantir que a composição do material incrivelmente fino está correta e ajuda a determinar a condutividade. “Alta condutividade metálica é necessária para o bom desempenho das antenas, portanto, devemos monitorar de perto o material,” Gogotsi disse.
Gogotsi e seus colegas também usam espectroscopia de raios-X para analisar a química da superfície de membranas complexas que dessalinizam a água filtrando íons específicos, como o sódio.
O uso da espectroscopia de raios-X também pode ser encontrado em várias áreas da pesquisa e prática médica, como em modernas máquinas de tomografia computadorizada. A coleta de espectros de absorção de raios-X durante as varreduras de TC (via contagem de fótons ou scanner de TC espectral) pode fornecer informações mais detalhadas e contrastar sobre o que está acontecendo dentro do corpo, com menores doses de radiação dos raios X e menos ou nenhuma necessidade de uso materiais de contraste (corantes), de acordo com Phuong-Anh T. Duong, diretor de CT do Departamento de Radiologia e Ciências da Imagem da Emory University na Geórgia.
Mais distante lendo:
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