XAFS实验方法和装置.doc

《XAFS实验方法和装置.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、XAFS的理论和实验技术越来越完备，数据分析方法也已经比较成熟，但在数据分析的过程中，高质量的实验谱能够提高数据分析精度，甚至直接影响实验结果的获得。在通常情况下，XAFS实验谱中包含的有用信息（吸收系数的震荡部分）相对于吸收边高度只有百分之几，所以要求有尽量强而稳定的光源，以得到比较高的信噪比。为了得到高质量的XAFS数据，测量中避免各种虚假信号的干扰，不但要求比较严格的选择实验条件，实验前的试验设计也是很重要的一个方面，选择合适的探测方法对提高数据质量至关重要。已发展的多种XAFS测量方法，都是为了测量样品的吸收系数与X射线光子能量的关系，直接的测量就是常用的透射法。

2、间接的测量方法是探测样品吸收X射线光子而产生的X射线荧光或Auger电子或二次电子。近年来又发展了掠入射与全反射的方法。也可用高能电子在样品中的能量损失来获得与EXAFS同样的信息，称为扩展电子能量损失精细结构，即EXELFS。用这些不同的方法探测，可以分析的样品几乎没有什么限制。这些测量方法一般都用光子能量可调的单色X射线作光源。近来，也有人采用同步辐射白光进行色散测量。在XAFS实验之前，以下几个方面至关重要：1.确定用XAFS研究样品体系的可行性，选择合适的实验标样。2.探测技术的选择。3.避免实验技术的缺陷，提高实验谱的信噪比。§1实验标样的选择在XAFS数据分析

3、过程中，至关重要的一步是从理论分析或者实验数据中获得振幅和相移。理论的振幅和相移往往忽略了实验条件的影响，从而增大了实验误差，甚至导致结果错误。所以用来进行拟合的振幅和相移最好从实验标样中提取。选择实验标样最主要的目的是尽可能和未知的实验条件配合。例如对于无定型材料和纳米样品，可以选择相应的晶体作为标样。但是实验标样的选取远不是那样简单，对于一些体系，往往找不到结构类似的样品作为标样，例如金属蛋白、Kr在碳表面的吸附等等。对于这类样品，往往要测定一系列结构已知的样品，和未知样品的实验谱比较，从而猜测样品的一些结构信息，如键长，紧邻元素轻重等等。§2XAFS数据的记录一旦确

4、定用XAFS技术研究所选择的体系，接下来要做的事就是设计实验。首先要进行的是确定测量方法。下面介绍了几种最常用XAFS的测量方法和他们的优缺点。§2.1透射法§2.1.1透射法的原理透射法是使用最普遍的方法，图1是透射法的原理图。I0I0’ItD0D1Xd样品样品图1透射法的原理图为了消除入射X射线中起伏部分（光源不稳定性或杂质谱线）的影响，在吸收样品前放了一个部分吸收的探测器。它记录的强度为：式中为入射X射线强度，为探测器的吸收长度。样品吸收前后的强度和可以表示为：其中，为样品总吸收系数， 为样品厚度，若X射线透过样品后被第二个探测器全部吸收，那么也就是第二个探测器的记

5、录强度。设样品中待测元素的吸收系数为，样品中其它元素的吸收系数为，设为原子吸收系数，表示原子数密度。则有：探测器探测到信号为（也就是前后两个探测器的读数之比）。我们感兴趣的是中振荡部分的大小，即EXAFS信号为：不考虑电子线路产生的噪音时，噪音主要来自于计数系统的统计涨落(服从泊松)，，则噪音为:因而信噪比为：信噪比有最大值的条件为：这表示第一个探测器吸收的20％左右为好，样品厚度根据进行估算。这时信噪比为为待测元素的吸收系数与样品总吸收系数之比，即为EXAFS信号。约为。由此可以估计在一定入射光强条件下的计数时间。§2.1.2厚度效应在XAFS处理中，正确获得振幅信息是

6、非常困难的。很多效应会严重的扭曲振幅信息而很少改变相移信息。但是为获得配位数、结构扭曲等信息，获得正确的振幅信息是非常重要的。正确的设计实验可以修正XAFS信号中振幅的扭曲效应。在透射方法中，样品的厚度是导致振幅扭曲的重要因素。我们知道，当入射光强的一部分经过样品中的微孔而没有被样品吸收，或者当入射光中包含几种不同能量单色光的时候，这种漏光的强度可能占实际信号的很大一部分。也就是说，吸收信号依赖于样品厚度，这就是所谓的厚度效应。考虑到厚度效应而带来的信号扭曲，我们实际采用的厚度要比上面的计算值小。假设入射光中的一部分直接经过样品而没有被样品，所测定的吸收系数可以表示为：经

7、过归一化处理，振幅衰减因子可表示为：在不同漏光的条件下振幅随厚度的衰减见图2。由图可见，在不同漏光条件下，厚度效应对于薄样品的影响较小。如果对于上面的理论值，即使有很小的光泄露，也会使振幅产生严重的衰减。图2在一定的漏光条件下，振幅衰减因子随厚度的变化对于大多数粉末样品，所需的样品厚度大约为10um，基本上和一个颗粒的大小相当，这就意味着样品的均匀性是一个大问题。假定粉末样品中的颗粒为球形颗粒，这个现象导致的振幅衰减可以表示为：其中，，对于不同材料随厚度的衰减见图3，结果显示，在XAFS实验过程中，使用单层粉末对测量结果最为有