XAFS 实 验 方 法 1 背 景 知 识 1. 光 的 波 粒 二 相 性 2. X 射 线 吸 收, 荧 光 发 射 机 制 3. X 射 线 吸 收 4. XAFS 简 介 5. 两 种 基 本 实 验 方 法 2 透 射 XAFS 实 验 1. 束 线 及 透 射 实 验 系 统 2. 透

XAFS XAFS实验方法 中国科学院高能物理研究所 同步辐射实验室 谢亚宁

XAFS 实 验 方 法 1 背 景 知 识 1. 光 的 波 粒 二 相 性 2. X 射 线 吸 收, 荧 光 发 射 机 制 3. X 射 线 吸 收 4. XAFS 简 介 5. 两 种 基 本 实 验 方 法 2 透 射 XAFS 实 验 1. 束 线 及 透 射 实 验 系 统 2. 透 射 实 验 设 置 要 点 3. 透 射 实 验 样 品 制 备 4. 实 验 参 数 设 置 5. 信 噪 比 及 探 测 灵 敏 度 3 荧 光 XAFS 实 验 1. 荧 光 XAFS 原 理 及 优 势 2. LYTLE 探 测 器 的 原 理 及 使 用 3. 半 导 体 阵 列 探 测 器 的 原 理 特 点 及 设 置 4. 荧 光 XAFS 样 品 要 求 4 其 他 基 于 XAFS 的 实 验 方 法

1 背 景 知 识

光的波粒二象性 光 电磁波 同时具有波动性和粒子性 X射线是电磁波 因而即表现波动 性又表现粒子性 其波长比可见光波短很多 显示出很强的粒子性 用粒子 性描述 分析与X射线与物质的相互作用机制很给力 光的波动性和粒子性联系的基本方程 h c E = hν = λ 12.4 E ( KeV ) = λ ( A ) E 光子能量 υ 光的频率 λ 光的波长 h 普朗克常数 c 光速

X 射 线 吸 收 机 制 ( 微 观 ) 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 E 0 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 - E 0 原 子 内 壳 层 形 成 电 子 空 缺, 原 子 处 于 激 发 态

X 射 线 荧 光 发 射 及 俄 歇 效 应 ( 微 观 ) 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 的 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 产 额 If 正 比 与 吸 收 几 率, 能 量 不 变 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, 但 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

X 射 线 吸 收 ( 宏 观 ) 一 束 能 量 为 E 的 单 能 X 光 束 I 0 入 射 到 厚 度 为 t 的 样 品 ( 单 质 ), 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), µ 对 ( Z ) 非 常 敏 感 X 射 线 能 量 相 关 (E) 且 敏 感, µ D 3 4 ( E ) = Cλ + λ 当 元 素 确 定,µ(E)~E, 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

XAFS 简 介 在 吸 收 边 附 近 及 其 高 能 扩 展 段 存 在 着 一 些 分 立 的 峰 或 波 动 起 伏, 称 为 X 射 线 吸 收 谱 (XAS) 其 分 布 从 吸 收 边 前 至 吸 收 边 后 高 能 一 侧 约 1000eV 依 据 形 成 机 制 及 处 理 方 法 的 不 同, 通 常 将 其 分 为 两 个 明 显 不 同 的 部 分 : EXAFS: 范 围 : 吸 收 边 后 50eV - 1000eV, 形 态 : 连 续 缓 慢 的 弱 振 荡 ; 信 息 : 小 范 围 内 原 子 簇 结 构 的 信 息, 包 括 近 邻 原 子 的 配 位 数 原 子 间 距 配 位 数, 种 类, 热 扰 动 等 吸 收 原 子 周 围 的 近 邻 几 何 结 构 XANES: 范 围 : 吸 收 边 前 - 吸 收 边 后 50eV, 形 态 : 特 点 是 连 续 的 强 振 荡 信 息 : 包 含 更 丰 富 的 近 邻 结 构 信 息, 例 如 近 邻 原 子 的 键 角, 探 测 元 素 原 子 的 电 子 态, 价 态 等 信 息 χ ( E) µ = ( E) µ 0 ( E) µ ( E) 0

吸 收 原 子 的 内 壳 层 电 子 在 吸 收 了 一 个 能 量 E 足 够 大 的 X 射 线 光 子 后, 克 服 其 束 缚 能 E 0 而 跃 迁 到 自 由 态, 成 为 一 个 具 有 动 能 的 光 电 子 光 电 子 在 向 外 传 播 的 过 程 中 会 被 近 邻 配 位 原 子 所 散 射, 一 部 分 被 背 散 射 回 到 吸 收 原 子, 他 们 仅 被 散 射 了 一 次 ; 以 量 子 力 学 的 观 点, 光 电 子 可 以 作 为 一 个 波 来 处 理, 这 个 出 射 波 被 吸 收 原 子 周 围 的 配 位 原 子 散 射, 背 散 射 波 与 出 射 波 有 相 同 的 波 长, 但 相 位 不 同, 因 而 在 吸 收 原 子 处 发 生 干 涉 ; 吸 收 几 率 ( 吸 收 系 数 ) 正 比 于 吸 收 原 子 的 终 态 的 态 密 度, µ ( E) i Η f 电 子 波 在 吸 收 原 子 处 的 干 涉 调 制 了 吸 收 原 子 的 终 态 态 密 度, 即 调 制 了 吸 收 系 数 由 于 这 种 调 制 是 与 入 射 X 光 子 的 能 量 相 关 的, 对 单 调 的 吸 收 谱 进 行 了 调 制, 从 而 形 成 了 EXAFS XAFS 解 析 式 ( 有 序 体 系 ): 2 0 f = f + f χ( E ) i Η f j ( k) = A j ( k)sin Φ χ( k ) = χ ( k) j j j

两 种 基 本 XAFS 实 验 方 法 XAFS 实 验 的 目 地 就 是 获 取 样 品 的 吸 收 谱 I 0 I 透 射 方 法 单 能 X 射 线 在 激 发 元 素 吸 收 边 附 件 扫 描, 同 时 采 集 I0, I or If, 即 获 得 了 谱 I f µ ( E ) E 荧 光 方 法

2 透 射 XAFS 实 验

束 线 及 透 射 实 验 系 统 XAFS 试 验 的 关 键 条 件 之 一 : 能 量 可 调 的 单 色 X 射 线 电 子 储 存 环 : 当 电 子 束 团 以 相 对 论 速 度 在 储 存 环 中 运 行 时, 在 弯 转 磁 铁 或 其 他 插 入 器 件 磁 场 作 用 下, 电 子 束 团 受 到 向 心 力 作 用 而 发 生 偏 转, 同 时 产 生 特 定 形 式 的 电 磁 辐 射, 即 同 步 辐 射 同 步 辐 射 是 沿 电 子 运 动 切 线 方 向 出 射 的 一 束 高 准 直 的 广 谱 电 磁 辐 射, 其 能 量 覆 盖 从 可 见 光 到 几 百 KeV 的 硬 X 射 线, 一 般 称 为 白 光 同 步 辐 射 具 有 高 强 度, 高 准 直, 发 射 角 小, 广 谱, 具 有 时 间 结 构, 有 偏 振 性, 有 一 定 的 相 干 性, 可 准 确 计 算 等 一 系 列 优 点 单 色 器 : 根 据 布 喇 格 公 式, 当 一 束 白 光 X 射 线 以 θ 角 入 射 到 晶 体 晶 面, 仅 有 波 长 满 足 布 喇 格 关 系 的 单 色 X 射 线 得 到 反 射, 其 中 d 为 晶 体 的 晶 面 间 距 当 转 动 晶 体, 改 变 X 射 线 入 射 角 θ, 出 射 光 的 波 长 亦 随 之 改 变, 则 可 实 现 XAFS 实 验 要 求 的 单 能 可 调 X 射 线 做 能 量 ( 波 长 ) 扫 描 实 际 单 色 器 一 般 采 用 双 平 晶 结 构, 以 保 持 出 射 光 束 的 平 行 及 空 间 位 置 固 定 nλ = 2d Sinθ I 入 射 光 谱 出 射 光 谱 E E

双 晶 单 色 器 样 品 探 测 器 X 射 线 IC IC IC BRAGG 轴 角 编 码 器 滚 角 投 角 驱 动 器 其 他 被 控 装 置 428 428 428 V/F 转 换 器 直 线 电 机 驱 动 器 驱 动 器 显 示 器 步 进 电 机 控 制 器 974 定 标 器 RS232 计 算 机 GPIB Bus XAFS 试 验 的 关 键 条 件 之 二 : 线 性 一 致 的 透 射 探 测 器 一 般 采 用 电 流 型 电 离 室 IC, 其 产 生 的 电 信 号 正 比 于 穿 过 的 X 射 线 强 度 XAFS 试 验 的 关 键 条 件 之 三 : 控 制 及 数 据 采 集 电 子 学 系 统 控 制 单 色 器 转 动, 进 行 单 色 光 能 量 扫 描, 同 时 读 取 前 后 电 离 室 输 出 信 号

透 射 实 验 设 置 要 点 光 路 准 直 实 验 棚 屋 中 有 一 用 X 光 敏 感 纸 在 两 点 对 X 光 曝 光, 调 整 激 光 光 束 与 X 光 束 重 合, 用 此 做 为 准 直 电 离 室 及 样 品 的 基 准 能 量 标 定 单 色 器 读 出 的 能 量 值 是 由 布 拉 格 角 度 计 算 得 出, 而 由 于 反 复 机 械 转 动 单 色 器 角 度 会 产 生 飘 移 在 改 变 扫 描 吸 收 边 时 应 进 行 能 量 标 定 方 法 对 标 样 扫 描, 获 取 吸 收 边 附 近 的 谱, 根 据 吸 收 边 的 BRAGG 角 度 值 校 正 角 度 ( 一 般 有 校 正 程 序 ) 高 次 谐 波 抑 制 经 单 色 器 出 射 的 单 能 X 光 束 中 含 有 高 次 谐 波 分 量, 高 次 分 量 产 生 背 景 噪 音, 降 低 了 获 取 数 据 的 质 量, 需 要 抑 制 一 般 有 两 种 方 式 :1) 微 调 单 色 器 中 双 晶 的 失 谐 度 ( 平 行 度 ) 则 可 有 效 抑 制 光 束 中 高 次 谐 波 分 量, 同 时 保 留 大 部 分 基 波 调 整 原 则 : 监 测 通 量 I 0, 调 整 谐 波 抑 制 装 置, 根 据 经 验 数 据, 设 定 合 适 的 I 0 值 ; 2) 有 些 束 线 设 有 谐 波 抑 制 镜, 通 过 改 变 掠 入 射 角, 抑 制 高 次 谐 波 分 量 前 后 电 离 室 对 x 束 线 吸 收 的 调 整 由 理 论 分 析 可 知 前 电 离 室 吸 收 为 20%, 后 电 离 室 吸 收 为 80% 以 上 时, 实 验 获 取 的 数 据 信 噪 比 最 高 电 离 室 对 X 射 线 吸 收 的 大 小 与 工 作 气 体 种 类 及 X 射 线 能 量 有 关 改 变 单 色 器 的 能 量, 根 据 吸 收 公 式, 欲 保 持 吸 收 比 率 不 变, 则 需 改 变 工 作 气 体 的 配 比 或 换 用 不 同 长 度 的 电 离 室 同 时 前 后 电 离 室 工 作 气 体 一 致 性 越 高 越 有 利 于 消 除 由 光 源 的 波 动 及 单 色 器 所 产 生 的 Glitch 对 采 谱 数 据 的 影 响 放 大 器 放 大 倍 数 的 设 定 放 大 倍 数 设 置 过 低, 电 子 学 系 统 的 非 线 性 会 产 生 失 真, 过 低 高, 信 号 饱 和 设 置 方 法 : 观 察 428 输 出 信 号 电 压 值, 全 谱 扫 描 过 程 中 都 应 在 1-9 V 范 围 内

透 射 实 验 样 品 制 备 调 整 样 品 厚 度 由 理 论 计 算 可 知, 当 µ.t 为 一 定 值 时, 可 得 到 最 佳 信 噪 比 常 用 样 品 厚 度 t 取 法 是 按 : µ 后.t - µ 前.t = 1~1.5, 其 中 µ 前,µ 后 为 吸 收 限 前 后 的 µ 值 一 般 通 过 实 验 调 整 可 用 厚 度 测 试 软 件 调 整 厚 度 样 品 制 备 对 于 透 射 XAFS 实 验, 推 荐 使 用 粉 末 样 品, 粉 末 细 度 要 达 到 400#( 最 怕 pinholes 及 边 缘 漏 光 ) 取 宽 度 为 1-2cm 的 胶 带 ( 推 荐 使 用 3M 牌 胶 带 ) 约 20cm, 将 粉 末 均 匀 撒 在 胶 面 上 并 涂 匀, 折 叠 胶 带 则 可 方 便 地 调 整 厚 度 其 他 制 样 方 法 : 压 片 法, 使 用 压 片 机, 粉 末 样 品 亦 可 压 片 制 样 甩 带 或 烧 结 等 不 能 制 成 粉 末 的 片 状 样 品, 其 厚 度 应 控 制 在 100µm 以 下, 面 积 应 大 于 5 10mm 且 不 得 有 孔 隙 对 于 液 体 状 态 样 品, 建 议 使 用 样 品 盒, 其 制 做 方 法 可 与 本 站 人 员 讨 论 样 品 安 装 要 点 引 入 实 验 棚 屋 的 X 光 束 截 面 直 径 约 1mm 以 下, 样 品 尺 寸 大 于 光 束 截 面 样 品 一 般 与 光 束 垂 直 放 置, 中 心 重 合 前 后 电 离 室 与 样 品 之 间 的 距 离, 在 低 能 区 实 验 中 应 为 2-3cm 左 右 在 高 能 区 实 验 中 可 适 当 加 长 到 6-10cm, 其 原 则 是 在 保 证 光 强 的 前 提 下, 尽 量 减 少 样 品 散 射 光 对 电 离 室 的 影 响

实 验 参 数 设 置 重 要 参 数 及 设 置 原 则 吸 收 边 的 选 择 了 解 实 验 站 提 供 的 光 子 能 量 扫 描 范 围, 考 察 元 素 及 吸 收 边 到 1keV 能 量 范 围 是 否 能 被 覆 盖 ; 首 先 考 虑 K 边, 注 意 取 谱 范 围 与 样 品 中 其 它 元 素 吸 收 边 是 否 重 叠 ; 其 次 考 虑 L 边 在 L 诸 边 中 要 选 择 至 少 边 后 几 百 个 ev 范 围 内 没 有 重 叠, 按 此 原 则 一 般 取 LIII 边 设 置 采 样 时 间 采 样 时 间 越 长, 采 谱 的 统 计 误 差 越 小, 但 整 个 采 谱 时 间 加 长 光 强 和 采 样 时 间 是 影 响 数 据 统 计 误 差 的 两 个 因 素 就 同 步 辐 射 光 强 情 况, 在 透 射 模 式 一 般 可 选 1~2 秒 采 样 时 间 能 量 扫 描 范 围 分 段 目 的 是 在 数 据 质 量 与 采 谱 时 间 取 得 兼 顾 的 优 化 效 果, 通 常 将 EXAFS 谱 的 能 量 扫 描 范 围 (1000eV 左 右 ) 分 为 若 干 段, 各 段 可 设 置 不 同 的 能 量 步 长 及 采 样 时 间

指 定 待 测 元 素 设 定 扫 描 分 段 数 指 定 实 验 模 式 分 段 参 数 列 表 输 入 待 测 吸 收 边 能 量 值 ( 一 般 对 K 边 能 量 为 缺 省 值 每 段 能 量 起, 止 值 每 段 扫 描 步 长 每 段 采 样 时 间

指 定 数 据 文 件 名 采 谱 进 程 指 示 I 0 显 示 谱 实 时 显 示

信 噪 比 及 探 测 灵 敏 度 谱 信 噪 比 与 测 量 的 相 对 误 差 噪 声 导 致 XAFS 测 量 数 据 的 误 差, 使 μ(e) 谱 的 质 量 降 低, 丢 失 了 部 分 或 全 部 的 结 构 信 息 噪 声 用 信 噪 比 (S/N) 表 达 ; 同 步 辐 射 XAFS 信 号 噪 声 重 要 来 源 之 一 是 测 量 统 计 涨 落 误 差 相 对 误 差 是 从 统 计 的 角 度 对 噪 声 的 衡 量 设 某 次 采 样 光 强 为 I, 采 样 时 间 为 t, 则 该 次 采 样 总 光 子 计 数 为 N=I t, 该 次 测 量 相 对 误 差 为 : 1 1 δ = = N I t 对 相 同 的 采 样 时 间, 光 强 越 强 相 对 误 差 越 小 ; 而 对 相 同 的 光 强, 采 样 时 间 越 长 相 对 误 差 越 小 高 质 量 的 μ(e) 谱, 相 对 误 差 应 该 优 于 10 3, 则 一 次 采 样 光 子 计 数 N 必 须 大 于 10 6 对 于 同 步 辐 射 而 言, 样 品 处 光 强 I 一 般 大 于 10 8, 透 射 采 样 时 间 1 秒 就 够 了

信 号 背 底 比 S/B: S/B 也 是 影 响 XAFS 数 据 的 S/N 的 重 要 因 素 S/N=S/(S+B) 1/2 S 信 号,B- 背 底 ( 包 括 散 射 及 其 他 被 激 发 元 素 的 应 该 信 号 ) 透 射 XAFS 谱 是 由 待 测 元 素 的 XAFS 信 号 及 样 品 中 其 他 元 素 贡 献 的 吸 收 背 底 信 号 叠 加 构 成 样 品 中 待 测 元 素 含 量 越 高,XAFS 信 号 就 越 强 对 于 待 测 元 素 高 含 量 的 样 品,XAFS 信 号 幅 度 远 大 于 吸 收 背 底 信 号 的 影 响, 则 采 集 的 XAFS 的 实 验 原 始 谱 就 有 高 信 噪 比, 谱 的 质 量 就 好 增 大 N, 不 能 提 高 S/B X-ray 根 据 经 验, 透 射 XAFS 实 验 样 品 中 感 兴 趣 元 素 含 量 应 在 10% 以 上

3 荧 光 XAFS 实 验

荧 光 XAFS 原 理 及 优 势 I 0 I I f µ ( E ) E 荧 光 信 号 中 包 含 与 感 兴 趣 元 素 对 应 的 荧 光 谱 线 If, 这 是 包 含 结 构 信 息 的 XAFS 信 号 ; 又 包 含 样 品 中 其 他 元 素 对 应 的 荧 光 谱 线, 以 及 以 弹 性 和 非 弹 性 散 射 X 射 线, 它 们 是 背 底 信 号 背 底 信 号 与 荧 光 谱 线 在 能 量 轴 上 是 分 开 的 在 入 射 光 扫 描 过 程 中, 荧 光 谱 线 能 量 不 变, 强 度 随 入 射 光 能 量 改 变 而 变 化, 形 成 了 µ(e), 散 射 峰 随 入 射 光 能 量 的 提 高 而 向 高 能 端 移 动 荧 光 探 测 模 式 基 于 这 一 特 点, 通 过 物 理 或 电 子 学 手 段, 抑 制 背 底 信 号 部 分, 提 高 待 测 元 素 荧 光 信 号 的 比 例, 即 提 高 信 号 背 底 比 S/B, 从 而 提 高 了 S/N 荧 光 XAFS 实 验 样 品 中 感 兴 趣 元 素 含 量 可 大 幅 度 降 低, ( 感 兴 趣 的 痕 量 元 素 含 量 可 低 至 ppm 量 级 ) 在 环 境, 生 命, 生 物 大 分 子 结 构 等 研 究 领 域, 往 往 痕 量 元 素 的 近 邻 结 构 信 息 是 非 常 重 要 的 对 于 低 浓 度 样 品 荧 光 测 量 模 式 被 广 泛 采 用

LYTLE 探 测 器 的 原 理 及 使 用 滤 波 : 在 样 品 与 电 离 室 之 间 插 入 金 属 或 金 属 化 合 物 薄 片, 由 于 元 素 特 定 的 吸 收 边, 使 得 边 前 后 不 同 能 量 的 X 射 线 透 过 率 不 同, 边 前 大, 边 后 小 选 择 滤 波 片 的 原 则 : 滤 波 片 吸 收 元 素 的 吸 收 边 能 量 略 高 于 样 品 中 激 发 元 素 的 荧 光 谱 线 If 的 能 量, 一 般 遵 循 Z-1 原 则, Z 为 测 试 元 素 序 号 索 拉 狭 缝 : 有 光 学 焦 点, 其 叶 片 的 构 形 使 样 品 的 荧 光 信 号 最 大 限 度 的 进 入 到 探 测 器, 而 滤 波 片 上 产 生 的 二 次 辐 射 被 最 大 限 度 的 屏 蔽 探 测 器 : 电 流 型 电 离 室 ; 无 能 量 分 辨, 动 态 范 围 大, 大 接 收 面 积, 大 接 收 立 体 角, 最 大 限 度 提 高 了 接 收 的 荧 光 信 号 通 量, 有 助 于 S/N 的 提 高 LYTLE 电 离 室 荧 光 XAFS 方 法 适 用 于 激 发 元 素 含 量 在 10% 至 100ppm 之 间 的 样 品 ;

荧 光 实 验 系 统 设 置 与 透 射 实 验 系 统 设 置 比 较, 区 别 是 用 荧 光 电 离 室 输 出 信 号 取 替 了 后 电 离 室 输 出 信 号 ; 探 测 器 轴 线 垂 直 于 入 射 光 束 线 90 角, 且 水 平 放 置 原 因 :SR 轨 道 平 面 辐 射 为 线 偏 振, 弹 性 散 射 在 这 一 方 向 为 0, 则 可 优 化 S/N; 样 品 必 须 置 于 样 品 架 并 放 置 于 样 品 盒 中, 原 因 : 索 拉 狭 缝 : 有 光 学 焦 点 样 品 对 于 探 测 器 位 置 敏 感 ; 样 品 架 有 方 向, 原 因 同 上 ; LYTLE 探 测 器 自 带 放 大 器, 替 代 了 428, 但 必 要 时 也 可 用 428 替 代 ; 荧 光 电 离 室 为 流 气 式, 为 得 到 足 够 的 输 出 信 号, 工 作 气 体 使 用 应 使 用 氩 气 ; 采 样 时 间 设 定 一 般 需 要 比 透 射 时 间 长 (10 秒 ) 原 因 :If ( 荧 光 ) 比 I( 透 射 ) 低 若 干 量 级, 增 加 t, 可 以 提 高 S/N; 滤 波 片 选 择 常 规 采 用 Z-1 原 则, 非 常 规 情 况 则 遵 循 滤 波 片 选 择 的 基 本 原 则, 必 要 时 可 自 制 滤 波 片 标 准 滤 波 片 组 的 滤 波 片 厚 度 有 3/6 两 种 吸 收 厚 度 可 选, 具 体 优 化

半 导 体 阵 列 探 测 器 的 原 理 特 点 及 设 置 名 称 : 统 称 Solid State Detector, 北 京, 上 海 现 用 Germanium Array Detector 与 LYTLE 功 能 相 同, 探 测 If, 原 理 不 同, 性 能 不 同 ; 谱 仪 原 理 : 探 头 将 入 射 光 子 转 变 为 电 脉 冲, 脉 冲 高 度 与 光 子 能 量 成 比 例, 电 子 学 系 统 有 两 种 组 态 : 多 道 (MCA) 将 脉 冲 按 高 度 分 类, 分 别 累 计 于 存 储 器 阵 列, 最 后 形 成 了 计 数 - 能 量 的 谱 图 ; 单 道 (SCA) 设 上 下 阈 值, 使 特 定 高 度 的 脉 冲 通 过 并 在 存 储 器 中 累 计 用 MCA 模 式 做 系 统 设 置, 用 SCA 模 式 采 样 n 探 头 予 放 主 放 多 道 (MCA)/ 单 道 (SCA) To PC V

计 数 型 探 测 器, 对 每 个 光 子 计 数, 每 一 路 有 计 数 率 上 限,GAD 目 前 水 平 : 100KPS 量 级 ; 最 小 脉 冲 间 隔 时 间 : 如 果 在 此 时 间 之 内 有 第 二 个 光 子 进 入 探 测 器 将 被 忽 略 ; 引 出 死 时 间 概 念 ; 采 用 阵 列 式 ( 即 多 路 并 行 计 数 ) 为 了 提 高 总 计 数 率 ; 具 有 能 量 分 辨 率, 对 每 各 接 收 并 处 理 的 光 子 可 识 别 其 能 量 的 大 小, 其 识 别 误 差 范 围 即 能 量 分 辨 率 通 过 调 整 样 品 至 探 测 器 距 离, 改 变 探 测 器 接 收 立 体 角, 在 计 数 率 范 围 内 最 大 可 能 提 高 I f SSD/GAD 价 格 高, 运 行 维 护 复 杂, 但 因 其 适 合 痕 量 元 素 探 测, 被 广 泛 应 用

GAD GAD系统使用 开启硬件 高压电源 探头放大器电源 VME机箱电源 PC机电源 1. 2. 3. 4. 运行X manager程序 各道放大倍数统一校正 标定能量 铁源或确定能量的单能SR 定位激发元素的谱线 设定上下阈值 调整样品位置 光束的强度 使各道的计数均匀 死时间控制在30 以下 计数率追求高 但应在200KPS以下 运行采样程序 与透射程序设置类似给定参数 开始采样

荧 光 XAFS 样 品 要 求 薄 样 品 荧 光 信 号 厚 但 痕 量 样 品 荧 光 信 号 厚 且 高 浓 度 样 品 荧 光 信 号 其 中 µtot 一 项 随 入 射 光 能 量 变 化 且 不 可 忽 略, 严 重 可 完 全 破 坏 了 XAFS 信 号, 这 种 现 象 为 自 吸 收 (self-absorption), 中 等 浓 度 样 品 谱 可 用 数 学 方 法 ( 程 序 ) 修 正 ; 荧 光 XAFS 方 法 对 高 浓 度 样 品 不 适 用 结 论 : 荧 光 XAFS 实 验 对 样 品 要 求 不 高, 但 样 品 含 量 不 可 过 高, 适 用 范 围 : LYTLE 探 测 器 :100wt% ~100 ppm GAD 探 测 器 : 1000 ppm ~10 ppm

4 其 他 基 于 XAFS 的 实 验 方 法

原位XAFS(高温 低温 压力 气氛 真空 磁场) 快速XAFS (QXAFS) 能量色散XAFS Laser pump-probe XAFS 微束XAFS 掠入射XAFS GIXAFS 极端条件XAFS 磁园二色XAFS XMCD 异常衍射XAFS 1.5 A bsoption C oefficient(arb. unit) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1.0 0.5 28K 30K 50K 70K 90K 110K 116K 117K 118K 119K Gas 0.0-0.5-1.0 14300 14320 14340 14360 14380 E nergy(ev ) 14400 14420 14440

谢 谢