Diferentes técnicas de rayos X combinadas
Una sofisticada combinación de métodos mejora el análisis de estructuras
A veces, los científicos tienen que aceptar que un método que han utilizado durante años falla en determinadas condiciones. Un fallo de este tipo exige un análisis minucioso de las deficiencias y su posterior eliminación. Un equipo internacional de la Universidad de Ratisbona, la Universidad de Durham y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha hecho precisamente esto. Han reinventado la difracción de rayos X, un método ampliamente utilizado para determinar las estructuras cristalinas, combinándola con la espectroscopia de rayos X, eliminando así uno de los inconvenientes cruciales del método, conocido desde hace más de un siglo. Uno de los investigadores ha recibido ahora el Premio Lieselotte Templeton de la Sociedad Cristalográfica Alemana por este logro.
El Dr. Christoph Hennig realiza el experimento en el Rossendorf-Beamline (ROBL) de Grenoble.
Pierre Jayet
Florian Meurer, ganador del Premio Lieselotte Templeton.
© Angela Weil-Jung
Los rayos X no sólo son útiles para obtener imágenes del cuerpo humano, sino también para examinar nuevos materiales: con ellos se puede averiguar con detalle cómo están estructurados los cristales, una información indispensable, por ejemplo, para el desarrollo de nuevos materiales de alta tecnología o fármacos. Este método, conocido como difracción de rayos X, existe desde hace mucho tiempo, pero hace algún tiempo un equipo de investigadores se topó con un problema metodológico fundamental.
El grupo del Dr. Michael Bodensteiner, de la Universidad de Ratisbona, examinó un compuesto de cobre con rayos X en un "color de rayos X" poco habitual, la llamada radiación Kβ. "Utilizamos un cristal casi perfecto y esperábamos poder determinar su estructura con precisión", explica el químico. "Pero entonces descubrimos que en algún momento surgía algo físicamente absurdo. Sencillamente, los átomos de cobre no estaban asentados en la red cristalina como deberían". Para llegar al fondo del misterio, el equipo examinó más de cerca el método experimental. Al hacerlo, los investigadores descubrieron que unas correcciones concretas implicadas en el proceso estaban distorsionando los resultados en lugar de mejorarlos. "En el pasado, estos procedimientos matemáticos solían ser suficientes", explica el Dr. Bodensteiner. "Ahora, nuestros instrumentos proporcionan datos de tal precisión que estas correcciones alcanzan sus límites y, por tanto, hay que mejorarlas".
Un gran avance en Grenoble
Para superar esta limitación, los científicos de Ratisbona se asociaron con el Dr. Christoph Hennig, investigador del HZDR. Éste trabaja en un lugar muy especial: el Sincrotrón Europeo (ESRF) de Grenoble (Francia). En comparación con los tubos de rayos X convencionales de un laboratorio universitario, la instalación basada en un acelerador emite un haz de rayos X mucho más intenso y altamente focalizado. En Grenoble, la HZDR gestiona una instalación experimental, la Rossendorf Beamline (ROBL). "Ofrece muy buenas condiciones para este tipo de mediciones", explica el Dr. Hennig. "Entre otras cosas, cuenta con un potente difractómetro que puede tomar imágenes de difracción de alta resolución", es decir, puede medir con gran precisión cómo se ve afectada la radiación de rayos X al atravesar una estructura cristalina. También es posible realizar mediciones espectroscópicas simultáneas, una especialidad designada del ROBL. En este proceso, una muestra se ilumina con "colores de rayos X" alternos. Este método permite extraer conclusiones, por ejemplo, sobre las propiedades químicas de los elementos que componen un cristal.
La idea del equipo era combinar ambos métodos, la difracción de rayos X y la espectroscopia, un enfoque que rara vez se había intentado antes. "Uno de los retos era coordinar los distintos componentes del equipo, como los detectores que captan las intensidades de dispersión", explica el investigador junior Florian Meurer. En sus experimentos, los investigadores se centraron principalmente en aquellos puntos de medición en los que el método convencional arrojaba resultados poco fiables. "Combinando la difracción de rayos X y la espectroscopia, obtuvimos valores coherentes", afirma Meurer. "Esto demuestra claramente que nuestro método funciona". Por su tesis de máster sobre este proyecto, recibirá el Premio Lieselotte Templeton de la Sociedad Cristalográfica Alemana.
Perspectivas para la investigación de depósitos geológicos profundos
Aunque los investigadores todavía tienen que perfeccionar su método, éste es muy prometedor para el futuro. Por ejemplo, debería ser posible analizar las estructuras de ciertos cristales con más precisión que antes. "Además de la información estructural pura, también deberíamos ser capaces de aprender más en una misma medición, por ejemplo, sobre el estado de oxidación de un elemento", espera el Dr. Michael Bodensteiner. "Eso sería útil, por ejemplo, para estudiar las reacciones catalíticas en química". El método combinado de estructura de rayos X y espectroscopia también debería ser útil para futuros proyectos en el ROBL de Grenoble. El Dr. Hennig y su equipo están estudiando el comportamiento de sustancias radiactivas como las presentes en los residuos nucleares. "Esperamos poder determinar con mayor precisión las estructuras de ciertos compuestos moleculares radiactivos", afirma el cristalógrafo del HZDR, Dr. Christoph Hennig. "Esto nos permitiría evaluar mejor si una sustancia concreta permanecerá de forma permanente en un depósito o si puede acabar liberándose al medio ambiente".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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