28-02-2025 | Autor: Dr. Daniel Funes-Hernando
Los detectores EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) miden los rayos X característicos emitidos por los elementos presentes en una muestra. Estos rayos X se generan a partir de interacciones electrónicas en los orbitales atómicos, que ocurren cuando la muestra es excitada por un haz de electrones.
Cuando un electrón de alta energía interactúa con un átomo, puede expulsar a un electrón de una de sus capas internas, dejando un hueco positivo en dicha capa. Posteriormente, un electrón de una capa superior puede ocupar ese hueco, liberando la diferencia de energía en forma de un fotón de rayos X.
Para comprender estas transiciones energéticas, es útil repasar algunos conceptos básicos sobre la estructura atómica. En un átomo, los protones y neutrones se encuentran en el núcleo, que tiene carga positiva. Los electrones, con carga negativa, orbitan alrededor del núcleo en niveles o capas de diferente energía, diámetro y forma. La energía de estos orbitales disminuye cuanto más cerca están del núcleo: los electrones más cercanos son más estables debido a la mayor atracción nuclear. Estas capas electrónicas se organizan en niveles (n) y subniveles (l), definidos por los números cuánticos correspondientes. El número cuántico principal (n) determina la capa o nivel energético y puede tomar valores enteros (1, 2, 3…), que también se representan con letras K, L, M, N, etc., siendo K la más cercana al núcleo.
Como mencionamos antes, el primer paso en la generación de rayos X es la expulsión de un electrón de una capa interna. La energía mínima necesaria para lograr esto se denomina energía de ionización crítica y está directamente relacionada con la sobretensión, de la que hablaremos luego. Una vez formado el hueco en una capa (por ejemplo, K, L o M), un electrón de una capa más externa puede ocuparlo, y la energía liberada en esta transición puede emitirse en forma de un fotón X o un electrón Auger, dependiendo del proceso de relajación atómica.
Los fotones X emitidos durante este proceso tienen una energía característica de la transición, única para cada elemento. Estas emisiones se nombran indicando el elemento químico, la capa donde se creó el hueco y una letra griega relacionada con la energía del electrón proveniente de una capa superior (por ejemplo, Mn Kα). Así, la detección de estos fotones permite identificar la composición elemental de la muestra, tanto en cantidad como en distribución espacial.
La sobretensión u overvoltage (expresada en kV) es el voltaje que debe aplicarse a la muestra para que los electrones de una capa electrónica (K, L o M) de un elemento determinado sean excitados. Este valor se puede calcular fácilmente a partir de la energía en keV del fotón X más energético que se desea analizar. La sobretensión óptima suele estar entre 1.5 y 2 veces dicha energía. Un valor excesivo de sobretensión puede degradar la resolución espacial; por esta razón, los detectores EDS más modernos permiten trabajar con tensiones de aceleración muy bajas (< 5 kV), lo que facilita el análisis y la cuantificación de los picos de rayos X correspondientes a las bandas L, M o N, lo cual trataremos en otro blog.
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