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Chemical states of trace-level strontium adsorbed on layered oxide by XPS and XANES under total reflection condition

全反射条件下でのXPS, XANES測定により調べた層状酸化物に吸着した極微量ストロンチウムの化学結合状態

馬場 祐治; 下山 巖

Baba, Yuji; Shimoyama, Iwao

土壌中におけるストロンチウム(Sr)の吸着状態を明らかにするため、層状酸化物(雲母)に吸着した非放射性Srの化学結合状態をX線光電子分光法(XPS)およびX線吸収端微細構造法(XANES)により調べた。放射性Sr-90の原子数は極めて少ないので、超微量のSrの測定を行うため、X線の全反射条件下でXPS, XANESを測定した。全反射XPSでは、1cm$$^{2}$$当たり300ベクレルのSr-90に相当する150ピコグラムまでのSrの測定が可能であった。XPSで測定したSr2p$$_{3/2}$$軌道のエネルギーは、吸着量の減少とともに低エネルギー側にシフトした。またXANESスペクトルにおけるSr2p$$_{3/2}$$ $$rightarrow$$ Sr4d$$^{*}$$共鳴ピークのエネルギーも、吸着量の減少とともに低エネルギー側にシフトした。これらのエネルギーシフトを、点電荷モデルにより解析した結果、Srと雲母表面の化学結合は、極微量になるほどイオン結合性が強くなることを明らかにした。

In order to elucidate the adsorption states of radioactive Sr-90 in soil, chemical bonding states of non-radioactive strontium adsorbed on layered oxide (mica) have been investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy. Since the number of atoms in radioactive Sr-90 is extremely small, the XPS and XANES were measured under total reflection condition of the incident X-rays. The detection limit in total reflection XPS was about 150 pg/cm$$^{2}$$, which corresponds to 300 Bq of Sr-90. The Sr 2p$$_{3/2}$$ core-level energy in XPS shifted to lower energy with the decrease in the thickness of Sr layer. Also, the Sr 2p$$_{3/2}$$ $$rightarrow$$ Sr 4d$$^{*}$$ resonance energy in XANES shifts to lower energy with the decrease in the thickness. On the basis of a simple point charge model, it was elucidated that the chemical bond between Sr and mica surface becomes ionic with the decrease in the adsorbed amount of strontium.

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