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X射线吸收精细结构谱（XAFS基础）
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X射线吸收精细结构谱（XAFS）基础
§1 XAFS理论基础
X射线吸收与荧光
XAFS原理
§2 XAFS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
§3 XAFS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
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§1 XAFS理论基础
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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是指吸收系数在吸收边高能侧约30~1000 eV范围出现的振荡，XANES是指吸收边附近约50 eV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XAFS
XAFS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。。
XAFS给出什么信息？
吸收边
边前结构
扩展边
FeO吸收谱
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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
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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，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
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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。
俄歇效应机制－微观过程
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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
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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
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XAFS
EXAFS是指吸收系数在吸收边高能侧约50~1000 eV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。
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