XAFS
XAFS
X-ray Absorption Fine Structure,即X射線吸收精細結構(XAFS)譜是用於描繪局部結構最強有力的工具之一。在此技術中,我們將X射線能量調整至與所研究的元素中內電子層一致,再用於探測樣品,然後監測吸收的X射線數量與其能量的函數關係。如果採用足夠的精確度,光譜會展現出小的振蕩,那是局部環境對目標元素基本吸收概率影響的結果。從光譜中,我們還能得到吸收原子與鄰近原子的間距、這些原子的數量和類型以及吸收元素的氧化狀態,這些都是確定局部結構的參數。通過選擇不同能量 的X射線,我們可以獲得樣品中所有元素的此類信息。
XAFS
XAFS
EXAFS有如下特點:
2)X射線吸收邊具有元素特徵,對樣品中不同元素的原子,可通過調節入射X射線能量研究同一化合物中不同元素的原子近鄰結構;
3)利用熒光法可測量濃度低至百萬分之一的元素的樣品;
4)利用偏振X射線可以對有取向樣品中原子鍵角進行測量,可測量表面結構。
定義EXAFS函數
K為光電子波矢,
式中為的平滑變化部分,相當於孤立原子的吸收係數,為扣除背底吸收后吸收邊高能側的吸收係數,為扣除背底后的震蕩部分,相應於配位原子產生的效應。E為原子內的束縛能。
EXAFS主要考慮單散射,但實際上存在多重散射,在某些特殊情況下不能忽略,如在低k區,對低Z元素,光電子被強烈散射,此時要考慮多重散射。又如吸收原子與散射原子中間有另一原子排列時,中間原子的散射特別嚴重。多重散射只對高殼層配位原子部分的信號產生干擾。
在數學上,可以對所有電子層的散射進行累計,從而得出合成的XAFS光譜。這些測量參數從非線形最小二乘法曲線擬合的數據中被提取出來。首先設計出來的模型由許多原子的相鄰電子層(必要時可通過多散射路徑加以補充)組成。XAFS是由單散射方程計算出的這些電子層獨立波的總和。
對於不同的元素,相移和振幅各不相同,隨著Z增加,能夠確認出元素類型的相移和振幅的差異大體上為。結構參數,例如R,N,有時是σ,允許上下浮動,直到數據和擬合曲線之間最小二乘差達到最小。附加的化學信息,如在不同參數或電子層之間的相關性,或一個參數的容許範圍都作為約束條件而被引入。
把XAFS當作一種正弦波的疊加的觀點需要用傅立葉分析,通過傅立葉變換從χ(k)轉變到χ(R)。由於該變換把每一個波都變成一個峰,與吸收體周圍的數目加權平均徑向結構函數相關,而且模量確實意味著在吸收體周圍存在成對的分佈。由於這個原因,儘管大多數分析實際上發生在k空間,傅立葉變換表達式——通常只是模量——也經常用於圖表中。
數據經常表現為作為加權光譜,以強調較長距離造成的散射作用。
姜美花譯自《錒系元素季刊》2004,2 胡鳴怡校