x射线精细结构ppt课件
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位环境结构与金属Pt的相近．
3.3XAFS在化学研究中的应用
右图为化学还原法制 备的NiB和NiP超细非 晶态台金催化剂在不 同退火温度处理后的 径向结构函数曲线。
3.4XAFS在生命科学研究中的应用
右图为人血清白蛋白 HSA和牛血清白蛋白 BSA中锌元素的荧光 XAFS谱
3.5XAFS在材料科学研究中的应用
射线就是由原子的内层电子受到激发产生。 电子在同步加速器中绕着磁场作圆周运动时发出的电磁辐
射叫同步加速器辐射，简称同步辐射，或叫同步光。 同步辐射由电子同步加速器实现。
同步辐射x射线的特点
波长是连续的 亮度高 准直性好 无杂质射线 具有时间分辨性
1.2吸收光谱
x射线被吸收的主要机制为 原 子的内层电子向外层未填充的 能态跃迁而吸收x光量子。
2.1 概述
所谓x射线的精细结构谱(x—rayAbsorption Fine Structure，XAFS)就是指由吸收边两 侧的波动构成的，由吸收原子周围的近程 结构决定的，提供的是小范围原子簇的结 构和几何信息。
2.2问题的提出
早在19世纪初，人们 就发现吸收光谱并不 像左图（上）所示那 样简单，在吸收边附 近激起高能广延段存 在着一些分立的波起 伏，这些起伏称为精 细结构，如左图（下） 所示。
不同层电子的吸收边不同， 不同元素的吸收边系也不 相同，可因此做元素分析。
1.4傅里叶变换
傅里叶变换是将复杂信号转换成一系列正 弦、余弦信号的信号处理方式
2.XAFS原理及发展
2.1 概述 2.2 问题的提出 2.3 对问题的解释 2.4 现象的应用 2.5 数据的处理 2.6 XAFS与XAS的比较
2.6 XAFS与XAS的比较
对样品的要求：XAFS相对于X衍射来说对样品的 要求较小，不必一定是晶体，可以是非晶体，可 以是固体，也可以是液体甚至气体，可以是单一 物相，也可以是混合物。
探测的广度：与X衍射仅能分析晶体的成分不同， XAFS能够对物质内部原子量级的配位环境进行 探测。对于了解物质尤其是非长程有序的非晶体 物质的微观结构是有力的分析工具。
内容概要
1.相关知识介绍 2.XAFS的原理概述
3.XAFS的应用及发展
1.相关知识介绍
1.1同步辐射 1.2吸收光谱 1.3吸收边 1.4傅里叶变换
1.1同步辐射
原子由原子核和绕原子核高速旋转的核外电子组成 核外电子按照不同的轨道运行，遵循能量由内到外逐次升
高的原则排列。 核外电子受到激发会产生跃迁，并释放光子而产生光，x
3 XAFS的应用
3.1 概述 3.2 在物理学研究中的应用 3.3 在化学研究中的应用 3.4 在生命科学研究中的应用 3.5 在材料科学中的应用
3.1概述
XAFS(x—ray absorption fine Structure，X射线吸 收精细 结构)技术是同步辐射应用的最重要领域之一，XAFS现象 只决定于短程序的相互作用，不需要样品具有长程有序结 构，并且元素的x射线吸收具有元素特征，可以通过调节x 射线的能量，对凝聚态物质的复杂体系中各种元素的原子 周围环境分别进行研究，给出吸收原子邻近配位原子的种 类、距离、配位数和无序度因子等结构信息，在物理 化 学、材料和生命科学等领域有广泛的应用并解决许多重要 问题 ．
2.3现象的应用
不同的原子结构对应的震荡波是不同的 对震荡波进行分析，就能够得到吸收原子
与周围原子之间的距离、这些原子的数量、 类型以及吸收原子的氧化状态等信息。 分析的工具是傅里叶变换。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.4现象的应用
XAFS通常又被分为两 个区域：XANES和 EXAFS
XANES指吸收边30eV 以内的近边结构谱
特别是同步辐射光源的使用，使XAFS得到了长足的发展。
3.1 概述
同步辐射XAFS装置
3.2 XAFS在物理研究中的应用
右图为在北京同步辐射XAFS站 利用荧光XAFS探测方法测量在 sio2村底上外延生长l0nm和 105nmPt薄膜的荧光EXAFS谱
图中表明,10nm和105nm厚的 Pt薄膜的L『吸收边的荧光 EXAFS谱的EXAFS振荡峰形状 基本相似，只是10nm Pt样品 的信噪比略低．结果表明，在 很薄的PI膜中，n原子的近邻配
当X光量子的能量与电子跃迁的 两个能态之间的能量差相等时， 相应波长的X射线被吸收的最大。
因此， 当包含一定波段范围的 X射线连续谱被物质吸收时，不 同波长的射线被吸收的大小不 同， 因而吸收系数亦随波长(能 量) 而变化， 吸收系数随波长 的变化形成吸收谱。
I I0ex
1.3吸收边
人们发现吸收系数μ在整个 波段范围内不是单调改变， 在某些位置会出现吸收突 跃，出现突跃的点称为吸 收边。
Think you!
EXAFS指30eV以外的 扩展x射线精细结构谱
目前主要应用EXAFS
2.5 数据的处理
第一步：据公式：
d ln I0 I1
为吸收系数，d为样品厚度
I0入射前光强，I1为入射后光强
d ln I0 I1
2.5数据的处理
第二步：通过如下方 程，将能量谱转化为 波数谱.
2.5数据的处理
第三步：通过傅里叶 变换将k空间变换为R 空间如图所示，变换 公式如下：
2.3对问题的解释
两种理论
长程有序理论（LRO) 短程有序（SRO）
2.3对问题的解释
原子（蓝色）吸收x射 线后以光波的形式发出 光电子。
吸收x射线的原子（蓝 色）发出的波与周围原 子（红色、绿色）发出 的波叠加。
叠加的波发生干涉，随 着x射线能量的改变产 生强度的累积或抵消就 形成了震荡波。
3.3XAFS在化学研究中的应用
右图为化学还原法制 备的NiB和NiP超细非 晶态台金催化剂在不 同退火温度处理后的 径向结构函数曲线。
3.4XAFS在生命科学研究中的应用
右图为人血清白蛋白 HSA和牛血清白蛋白 BSA中锌元素的荧光 XAFS谱
3.5XAFS在材料科学研究中的应用
射线就是由原子的内层电子受到激发产生。 电子在同步加速器中绕着磁场作圆周运动时发出的电磁辐
射叫同步加速器辐射，简称同步辐射，或叫同步光。 同步辐射由电子同步加速器实现。
同步辐射x射线的特点
波长是连续的 亮度高 准直性好 无杂质射线 具有时间分辨性
1.2吸收光谱
x射线被吸收的主要机制为 原 子的内层电子向外层未填充的 能态跃迁而吸收x光量子。
2.1 概述
所谓x射线的精细结构谱(x—rayAbsorption Fine Structure，XAFS)就是指由吸收边两 侧的波动构成的，由吸收原子周围的近程 结构决定的，提供的是小范围原子簇的结 构和几何信息。
2.2问题的提出
早在19世纪初，人们 就发现吸收光谱并不 像左图（上）所示那 样简单，在吸收边附 近激起高能广延段存 在着一些分立的波起 伏，这些起伏称为精 细结构，如左图（下） 所示。
不同层电子的吸收边不同， 不同元素的吸收边系也不 相同，可因此做元素分析。
1.4傅里叶变换
傅里叶变换是将复杂信号转换成一系列正 弦、余弦信号的信号处理方式
2.XAFS原理及发展
2.1 概述 2.2 问题的提出 2.3 对问题的解释 2.4 现象的应用 2.5 数据的处理 2.6 XAFS与XAS的比较
2.6 XAFS与XAS的比较
对样品的要求：XAFS相对于X衍射来说对样品的 要求较小，不必一定是晶体，可以是非晶体，可 以是固体，也可以是液体甚至气体，可以是单一 物相，也可以是混合物。
探测的广度：与X衍射仅能分析晶体的成分不同， XAFS能够对物质内部原子量级的配位环境进行 探测。对于了解物质尤其是非长程有序的非晶体 物质的微观结构是有力的分析工具。
内容概要
1.相关知识介绍 2.XAFS的原理概述
3.XAFS的应用及发展
1.相关知识介绍
1.1同步辐射 1.2吸收光谱 1.3吸收边 1.4傅里叶变换
1.1同步辐射
原子由原子核和绕原子核高速旋转的核外电子组成 核外电子按照不同的轨道运行，遵循能量由内到外逐次升
高的原则排列。 核外电子受到激发会产生跃迁，并释放光子而产生光，x
3 XAFS的应用
3.1 概述 3.2 在物理学研究中的应用 3.3 在化学研究中的应用 3.4 在生命科学研究中的应用 3.5 在材料科学中的应用
3.1概述
XAFS(x—ray absorption fine Structure，X射线吸 收精细 结构)技术是同步辐射应用的最重要领域之一，XAFS现象 只决定于短程序的相互作用，不需要样品具有长程有序结 构，并且元素的x射线吸收具有元素特征，可以通过调节x 射线的能量，对凝聚态物质的复杂体系中各种元素的原子 周围环境分别进行研究，给出吸收原子邻近配位原子的种 类、距离、配位数和无序度因子等结构信息，在物理 化 学、材料和生命科学等领域有广泛的应用并解决许多重要 问题 ．
2.3现象的应用
不同的原子结构对应的震荡波是不同的 对震荡波进行分析，就能够得到吸收原子
与周围原子之间的距离、这些原子的数量、 类型以及吸收原子的氧化状态等信息。 分析的工具是傅里叶变换。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.4现象的应用
XAFS通常又被分为两 个区域：XANES和 EXAFS
XANES指吸收边30eV 以内的近边结构谱
特别是同步辐射光源的使用，使XAFS得到了长足的发展。
3.1 概述
同步辐射XAFS装置
3.2 XAFS在物理研究中的应用
右图为在北京同步辐射XAFS站 利用荧光XAFS探测方法测量在 sio2村底上外延生长l0nm和 105nmPt薄膜的荧光EXAFS谱
图中表明,10nm和105nm厚的 Pt薄膜的L『吸收边的荧光 EXAFS谱的EXAFS振荡峰形状 基本相似，只是10nm Pt样品 的信噪比略低．结果表明，在 很薄的PI膜中，n原子的近邻配
当X光量子的能量与电子跃迁的 两个能态之间的能量差相等时， 相应波长的X射线被吸收的最大。
因此， 当包含一定波段范围的 X射线连续谱被物质吸收时，不 同波长的射线被吸收的大小不 同， 因而吸收系数亦随波长(能 量) 而变化， 吸收系数随波长 的变化形成吸收谱。
I I0ex
1.3吸收边
人们发现吸收系数μ在整个 波段范围内不是单调改变， 在某些位置会出现吸收突 跃，出现突跃的点称为吸 收边。
Think you!
EXAFS指30eV以外的 扩展x射线精细结构谱
目前主要应用EXAFS
2.5 数据的处理
第一步：据公式：
d ln I0 I1
为吸收系数，d为样品厚度
I0入射前光强，I1为入射后光强
d ln I0 I1
2.5数据的处理
第二步：通过如下方 程，将能量谱转化为 波数谱.
2.5数据的处理
第三步：通过傅里叶 变换将k空间变换为R 空间如图所示，变换 公式如下：
2.3对问题的解释
两种理论
长程有序理论（LRO) 短程有序（SRO）
2.3对问题的解释
原子（蓝色）吸收x射 线后以光波的形式发出 光电子。
吸收x射线的原子（蓝 色）发出的波与周围原 子（红色、绿色）发出 的波叠加。
叠加的波发生干涉，随 着x射线能量的改变产 生强度的累积或抵消就 形成了震荡波。