X線吸収分光法において、K端とは、 X線のエネルギーが光子と相互作用する原子の最内殻電子の結合エネルギーをわずかに上回ったときに発生する、X線吸収の急激な増加のことである。この用語は、最内殻電子がK殻と呼ばれるX線表記に基づいている。物理的には、この急激な減衰の増加は、光子の光電吸収によって引き起こされる。この相互作用が発生するためには、光子はK殻電子の結合エネルギー(K端)よりも高いエネルギーを持っていなければならない。したがって、電子の結合エネルギーをわずかに上回るエネルギーを持つ光子は、この結合エネルギーをわずかに下回る、または大幅に上回るエネルギーを持つ光子よりも吸収されやすい。[ 1 ]
K吸収端付近のエネルギーも研究対象であり、他の情報も提供する。
ヨウ素とバリウムという2種類の放射線造影剤は、それぞれ33.2 keVと37.4 keVという、 X線吸収に理想的なK殻結合エネルギーを持ち、これはほとんどの診断用X線ビームの平均エネルギーに近い。K殻以外の内殻でも同様の急激な減衰増加が見られることがあり、この現象の総称は吸収端である。[ 2 ]
デュアルエネルギーCT技術は、管エネルギーが低いほどヨウ素造影剤の減衰が大きくなることを利用して、ヨウ素造影剤と、血液や出血など体内に存在する他の高減衰性生体物質とのコントラストを高めます。[ 3 ]
金属K端分光法は、遷移金属原子および錯体の電子構造を研究するために用いられる分光法です。この方法は、金属上に局在する価電子束縛状態への1s電子の励起によって引き起こされるX線吸収を測定し、K端と呼ばれる特徴的な吸収ピークを生成します。K端は、前端領域(前端遷移と立ち上がり端遷移を含む)と近端領域(強い端遷移とそれより約150 eV上の領域を含む)に分けられます。
開殻遷移金属イオンのK端は、強いエッジジャンプよりも低いエネルギーで、弱いプレエッジ1sから価電子金属dへの遷移を示します。この双極子禁制の遷移は、四重極機構および/または最終状態への4p混合によって強度を増します。プレエッジには、配位子場と酸化状態に関する情報が含まれています。金属の酸化度が高いほど、金属d軌道に対する1s軌道の安定化が大きくなり、プレエッジのエネルギーが高くなります。配位子との結合相互作用も、金属の有効核電荷(Zeff )の変化を引き起こし、プレエッジのエネルギーの変化につながります。
プレエッジ遷移下の強度は、吸収金属の周囲の幾何学的構造に依存し、分子の構造的対称性と相関関係があります。[ 4 ]中心対称性を持つ分子はプレエッジ強度が低く、分子が中心対称性から離れるにつれて強度は増加します。この変化は、分子が中心対称性を失うにつれて4p軌道と3d軌道の混合が増加するためです。
立ち上がりエッジは前縁に続いて現れ、複数の重なり合った遷移から構成される場合があり、それらを分離するのは困難である。立ち上がりエッジのエネルギー位置には、金属の酸化状態に関する情報が含まれている。
銅錯体の場合、立ち上がり端は強い遷移からなり、結合に関する情報を提供します。Cu I種の場合、この遷移は明確な肩であり、強い電気双極子許容 1s→4p 遷移から生じます。これらの Cu I錯体の立ち上がり端遷移の正規化された強度とエネルギーは、 2 配位、3 配位、および 4 配位の Cu Iサイトを区別するために使用できます。[ 5 ]より高い酸化状態の銅原子の場合、1s→4p 遷移はより高いエネルギーにあり、近端領域と混ざっています。しかし、Cu IIIおよび一部の Cu II錯体では、形式的に禁制の 2 電子 1s→4p+シェイクダウン遷移から立ち上がり端領域で強い遷移が観察されます。この「シェイクダウン」プロセスは、励起状態の緩和につながる 1s→4p 遷移から生じ、続いて配位子から金属への電荷移動が励起状態に移動します。
この立ち上がりエッジ遷移を原子価結合配置(VBCI)モデルに当てはめることで、基底状態波動関数の構成と基底状態の共有結合性に関する情報を得ることができます。VBCIモデルは、基底状態と励起状態を、金属を基盤とするd状態と配位子を基盤とする電荷移動状態の線形結合として記述します。基底状態に対する電荷移動状態の寄与が大きいほど、基底状態の共有結合性が高くなり、金属-配位子結合が強いことを示します。
近端領域は、コアポテンシャルの影響下にある連続レベルへの遷移を記述するため、定量的に解析するのが困難です。この領域はEXAFS領域に類似しており、構造情報を含んでいます。MXANソフトウェアに実装されている多重散乱コードを使用することで、端領域からの計量パラメータの抽出が可能です。[ 6 ]
配位子K端分光法は、金属-配位子錯体の電子構造を研究するために用いられる分光法である。[ 7 ]この方法は、配位子の1s電子が不完全なp軌道(主量子数)に励起されることによって生じるX線吸収を測定する。)と連続状態があり、K端と呼ばれる特徴的な吸収特性を生み出します。
エッジよりも低いエネルギーでの遷移は、リガンドのp軌道特性を持つ軌道につながる場合に限り発生する可能性があり、これらの特徴はプレエッジと呼ばれます。プレエッジ強度(D 0)は、未充填軌道におけるリガンド(L)特性の量と関連しています。
どこは未充填軌道の波動関数、rは遷移双極子演算子であり、軌道における「共有結合性」または配位子特性です。強度と量子遷移演算子の関係を示す上記の式は、実験値を用いて簡略化することができる。
ここで、 nは吸収性配位子原子の数、hは正孔の数、I <sub>s</sub>は実験的に決定可能な遷移双極子積分である。したがって、プレエッジの強度を測定することで、分子軌道における配位子特性の量を実験的に決定することが可能となる。