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X射线吸收谱精细结构(XAFS)
吸收和发射可作为物质电子能态的有利探针
原子中的能级分立特征就是用这种方法验证的
在研究物质X射线发射谱后,开始研究物质吸收谱
原子的X射线吸收,随光子能量的增加平稳变化
在吸收边处突然增加
Mo吸收边示意图
C, D常数
吸收边附近及其广延段存在一些分立的峰或波状起伏,称精细结构。
精细结构从吸收边前至高能侧延伸约1000eV。
依据形成机制和处理方法不同,分为两段
近边结构(XANES,x-ray absorption near edge structure)
广延结构(EXAFS,extended x-ray absorption fine structure)
(NEXAFS,near edge x-ray absorption fine structure)
XANES分为两段
吸收边的前边区到吸收边后约8eV
边前结构:
也叫低能XANES
特点:存在一些分离的吸收峰,肩峰及吸收主峰
边前结构XANES:吸收边后8到50eV
特点:连续的强振荡
EXAFS:吸收边后约50到1000eV的一段
特点:连续、缓慢的弱振荡
上一世纪20年代,观察到了吸收边处的精细结构
对于这一现象的解释
长程有序理论:晶格特征的电子态密度的震荡引起的
与晶体的长程有序有关
短程有序理论:解释分子中的EXAFS,用周围原子
反散射引起的光电子终态波函数变化影响吸收系数来说明
引入激发原子及散射原子的势能引起光电子波函数产生相移的概念
热运动及结构变化引起的原子间距离的变动
理论的突破:
1971年,指出x=(-0)/0相对于光电子波矢作傅氏变换后,应当在最临近配位壳距离处产生峰值,从而弄清楚了EXAFS的物理意义
成为测定原子周围配位环境的有利工具
理论突破后,实验的进展
同步辐射光源出现
波长连续可调
强度大,准直性好
具有偏振性的X射线源
在实验上提供了X射线吸收光谱的发展基础
EXAFS的特点
EXAFS现象来源于吸收光原子周围最临近的几个配位层的作用,不依赖晶体结构,因此可用于大量的非晶态材料的研究,像催化剂上的活性中心,生物酶中金属蛋白,表面层结构和无定形材料的研究,甚至溶液、气体的研究等,比X射线衍射的作用要广泛得多。
X射线吸收边具有原子特征,可以调节X射线光子能量到某一种原子的吸收边处,则只有该原子的环境可以探测,而不受其他元素的干扰,对不同的元素的原子,可由吸收边位置不同,而得以分别研究。