XAFS基础讲义.ppt

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1、X射线吸收精细结构谱（XAFS基础）X射线吸收精细结构谱（XAFS）基础§1XAFS理论基础X射线吸收与荧光XAFS原理§2XAFS实验实验要素及方法综述BL14B-XAFS光束线透射XAFS实验系统及实验要点LYTLE荧光电离室原理及实验要点固体阵列探测器原理及使用要点透射及荧光两种实验方法总结基于XAFS的相关实验方法§3XAFS谱的数据处理提取EXAFS信号Χ(k)拟合求取结构参数XANES的解释XAFS数据处理软件§1XAFS理论基础X-射线吸收精细结构(XAFS)包括扩展X-射线吸收精细结构(EXAFS)和X-射线吸收近边结构(XANES)。EXAFS是

2、指吸收系数在吸收边高能侧约30~1000eV范围出现的振荡，XANES是指吸收边附近约50eV范围内的精细结构。XAFS是研究物质局域结构最有力的工具之一。什么是XAFSXAFS是一种利用同步辐射技术发展起来的结构分析方法。XAFS信号是由于吸收原子周围的近程结构决定的，因而它提供的是小范围内原子簇结构的信息，包括电子结构与几何结构。由于他与长程有序无关，因而它不像X射线衍射，必须用晶体做样品，他可以使用结晶体，也可以是非结晶体，可以使用固体，也可以使用液体，甚至是气体，他可以用单一的物相，也可以使混合物等等，这一可测试样品的广泛性决定了他适用范围特别广大。。XA

3、FS给出什么信息？吸收边边前结构扩展边FeO吸收谱X射线通过光电效应被物质吸收吸收发生条件：入射光子能量hv大于原子某个特定内壳层束缚能E0吸收过程：入射光子则被吸收（湮灭）其能量E全部转移给该内壳层的一个电子，该电子被弹出该壳层，称为光电子。光电子具有动能E动＝hv－E0原子内壳层形成电子空缺，原子处于激发态X射线吸收机制－微观过程XAFS形成机制---X射线吸收与荧光原子的激发态通常在吸收后数个飞秒内消失，这一过程称为退激发。退激发不影响X射线吸收过程。退激发有两种机制：X射线荧光发射及俄歇效应；X射线荧光发射：即能量较高的内壳层电子填补了较深层次的内壳层空位

4、，同时发射出特定能量的X射线，称为X射线荧光。荧光的能量是由原子种类以及电子跃迁的能级决定的。举例而言荧光发射机制（微观）及宏观现象样品受X射线激发，发射荧光。利用X射线能谱分析仪可以显示样品受激发产生的谱。特定元素发射的荧光在能谱上表现为一组能量确定的谱线俄歇效应：其中内壳层某个电子从较高的能级落到低能级后，同一能级的另一个电子被射入连续区；在大于2keV的硬X射线能区，X射线荧光发生的几率大于俄歇效应；在较低能区，俄歇过程会占主导地位。无论是荧光或是俄歇电子发射，其强度都与该物质吸收的几率成正比，因而这两种过程都可以用于测量吸收系数μ，其中荧光方法更为常见。俄

5、歇效应机制－微观过程一束能量为E的单能X光束I0入射到厚度为t的样品，经过样品的吸收，出射光束的强度I；入射、出射光束的强度遵从关系：µ－吸收系数，表征X射线被样品吸收的几率；µ不是常量而是变量，与样品密度，原子序数（Z），原子质量（A），X射线能量相关（E）µ对组成样品的元素（Z）非常敏感，当元素确定，µ（E）～E，吸收系数与能量之间的关系为一条单调下降的曲线，可用Victoreen公式描述：当能量等于原子内壳层K,L能级的束缚能时，µ值不连续，发生突跳，叫吸收边。X射线吸收系数根据上述分析可知，应用透射模式或荧光模式，都可以测量吸收系数。透射测量模式，吸收系数

6、为：由于荧光发射强度与该物质吸收的几率成正比，也即与吸收系数成正比，因而对于荧光测量模式，吸收系数可表示为：无论采用何种测量模式，通过测量相关的X射线的强度，即可获得吸收系数。由前述可知，吸收系数是光子能量的函数，用μ(E)表示。在不同的能量点采集X射线的强度，即可得到μ(E)曲线。吸收系数测量XAFSEXAFS是指吸收系数在吸收边高能侧约50~1000eV范围出现的振荡。实验表明，对于孤立的原子不存在EXAFS振荡，即吸收谱边前、边后呈单调变化。只有原子处于凝聚状态时才会发生EXAFS振荡。而且，以Fe、FeO、Fe2SO4的谱为例，其EXAFS振荡波形各不相同

7、。由此得到一种合理的推测：以Fe元素为吸收原子的吸收谱，其EXAFS振荡波形与Fe元素周围的近邻环境（铁原子周边原子的配位距离，配位数，原子种类等）密切相关。经过半个多世纪的探索，对EXAFS现象给出了正确的理论解释形成了理论公式及结构参数的解析方法。XAFS测量就是针对样品中感兴趣元素的某个吸收边,通过调节单能X射线的能量扫描，同时应用透射测量模式或荧光测量模式采集相应的X射线强度，得到μ与能量之间的关系。XANES：吸收边前－吸收边后50eV，特点是连续的强振荡。谱图难于量化分析，通过适当方法，可获得吸收元素价态等半定量信息。EXAFS：吸收边后50eV－10

8、00eV，