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X射线吸收结构谱仪通过哪些原理来获取信息

更新时间:2024-04-23点击次数:350
  X射线吸收结构谱仪是一种利用X射线与物质相互作用的原理来研究材料中原子的局部结构和电子态的技术。XAS主要包括两种方法:扩展X射线吸收精细结构和X射线近边吸收结构。这两种方法都是通过测量样品对特定能量X射线的吸收情况来获取信息。
  X射线吸收结构谱仪的工作原理可以分为以下几个步骤:
  1. 产生X射线:X射线吸收结构谱仪首先需要一个X射线源。通常,这个X射线源是一个同步辐射装置或者一个实验室X射线发生器。同步辐射装置产生的X射线具有高亮度、高稳定性和可调谐的能量范围,因此是理想的X射线源。实验室X射线发生器则相对简单且成本较低,但性能略逊于同步辐射装置。
  2. 调节X射线能量:为了研究不同元素的吸收情况,需要调节X射线的能量。在同步辐射装置中,这可以通过改变电子束的能量和轨迹来实现。在实验室X射线发生器中,这可以通过改变X射线管的电压和电流来实现。
  3. 聚焦和准直X射线:为了提高X射线的强度和分辨率,需要将X射线聚焦并准直。这可以通过使用镜子、透镜或光栅等光学元件来实现。
  4. 测量样品的吸收:将样品放置在X射线的光路中,使X射线穿过样品。通过测量穿过样品后的X射线强度,可以得到样品对特定能量X射线的吸收情况。这可以通过使用探测器(如闪烁体探测器、气体电离室或半导体探测器)来实现。
  5. 分析吸收谱:通过对测量得到的吸收谱进行分析,可以得到关于样品中原子的局部结构和电子态的信息。EXAFS主要关注吸收边后约30至1000电子伏特(eV)范围内的振荡结构,这些振荡结构反映了原子周围的配位环境。XANES主要关注吸收边附近约-20至+50电子伏特(eV)范围内的吸收结构,这些结构与原子的氧化态和电子态有关。
  6. 数据处理和拟合:通过对实验数据进行背景扣除、归一化和傅里叶变换等处理,可以得到更清晰的EXAFS和XANES谱。然后,通过与理论计算或已知标准物质的谱进行比较,可以进一步提取出原子间距、配位数和氧化态等信息。

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