通用型X射線吸收譜儀通過準(zhǔn)確測量X射線在不同能量下的吸收系數(shù),獲取吸收譜,并利用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)EXAFS和XANES進(jìn)行解析,從而揭示物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)。X射線是一種具有高能量的電磁波,當(dāng)它照射到物質(zhì)上時(shí),會(huì)與物質(zhì)中的原子發(fā)生相互作用。其中,X射線吸收是關(guān)鍵過程之一。物質(zhì)中的原子內(nèi)層電子(如K層、L層電子)在吸收X射線的能量后,會(huì)克服原子核的束縛而躍遷到高能級(jí)或被電離,形成光電子。這一過程會(huì)導(dǎo)致X射線的強(qiáng)度在特定能量處發(fā)生衰減,該特定能量對(duì)應(yīng)于原子內(nèi)層電子的結(jié)合能。
通用型X射線吸收譜儀的結(jié)構(gòu)組成:
(一)X射線源
X射線源是譜儀的核心部件之一,它能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度、單色性好的X射線。常見的X射線源有同步輻射光源和實(shí)驗(yàn)室X射線管。同步輻射光源具有亮度高、能量可調(diào)范圍寬、單色性好等優(yōu)點(diǎn),能夠提供高質(zhì)量的X射線,適用于各種復(fù)雜的X射線吸收譜測量。實(shí)驗(yàn)室X射線管則具有成本低、操作方便等特點(diǎn),適用于一些對(duì)X射線源性能要求相對(duì)較低的實(shí)驗(yàn)。
(二)單色器
單色器的作用是從X射線源產(chǎn)生的寬譜X射線中選取特定能量的單色X射線。它通常由晶體或多層膜組成,利用晶體的衍射原理或多層膜的干涉原理來實(shí)現(xiàn)X射線的單色化。單色器的性能直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和分辨率,高精度的單色器能夠提供更窄的能量帶寬,從而提高測量的靈敏度。
(三)樣品室
樣品室是放置待測樣品的區(qū)域,它需要具備良好的真空環(huán)境或特定的氣氛控制能力,以避免樣品與空氣中的成分發(fā)生反應(yīng),影響測量結(jié)果。樣品室的設(shè)計(jì)還要考慮樣品的安裝和調(diào)節(jié)方式,確保樣品能夠準(zhǔn)確地處于X射線束的照射位置,并且可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行角度調(diào)整等操作。
(四)探測器
探測器用于測量經(jīng)過樣品吸收后的X射線強(qiáng)度。常見的探測器有電離室、正比計(jì)數(shù)器、閃爍計(jì)數(shù)器和半導(dǎo)體探測器等。不同類型的探測器具有不同的特點(diǎn)和適用范圍,例如電離室具有較大的探測面積和較好的穩(wěn)定性,適用于測量高強(qiáng)度X射線;半導(dǎo)體探測器則具有較高的能量分辨率,能夠準(zhǔn)確區(qū)分不同能量的X射線光子,適用于對(duì)測量精度要求較高的實(shí)驗(yàn)。
(五)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集探測器輸出的信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。該系統(tǒng)通常包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)等部件,通過專業(yè)的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析和顯示等功能。同時(shí),軟件還提供了豐富的數(shù)據(jù)分析工具,用于對(duì)X射線吸收譜進(jìn)行擬合、解析,提取有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)的信息。