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同步輻射吸收譜(XAFS)有關(guān)原子和分子結(jié)構(gòu)的深入見(jiàn)解
來(lái)源: 時(shí)間:2023-12-06 09:36:20 瀏覽:4057次

同步輻射吸收譜(XAFS)有關(guān)原子和分子結(jié)構(gòu)的深入見(jiàn)解

 

同步輻射吸收譜(XAFS,X-ray Absorption Fine Structure)是一種強(qiáng)大的分析手段,可以揭示原子和分子層面的結(jié)構(gòu)奧秘;本文將詳細(xì)介紹同步輻射吸收譜(XAFS的相關(guān)知識(shí),包括原理、應(yīng)用范圍、譜圖解析等方面,為大家提供關(guān)于原子和分子結(jié)構(gòu)的深入見(jiàn)解。

 

 

 

一、原理

同步輻射吸收譜是一種基于X射線吸收的譜學(xué)技術(shù)當(dāng)同步輻射光源照射到樣品上時(shí),樣品中的原子會(huì)吸收能量,產(chǎn)生電子躍遷。XAFS主要包括兩個(gè)部分:近邊區(qū)(XANESX-ray Absorption Near-Edge Structure)和擴(kuò)展邊(EXAFS,Extended X-ray Absorption Fine Structure)。

1. 近邊區(qū)(XANES):XANES反映了原子吸收邊的精細(xì)結(jié)構(gòu),可以提供吸收原子的電子結(jié)構(gòu)信息,如價(jià)態(tài)、對(duì)稱性、軌道占據(jù)等。

2. 擴(kuò)展邊(EXAFS):EXAFS反映了吸收原子周圍配位原子的信息,如配位原子種類、鍵長(zhǎng)、配位數(shù)、無(wú)序度等。

 

二、應(yīng)用范圍

同步輻射吸收譜(XAFS)廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。

以下為幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例:

1. 材料科學(xué)研究:XAFS可以用于研究金屬合金、半導(dǎo)體、陶瓷等材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。

2. 環(huán)境科學(xué)研究:XAFS可以用于分析污染物質(zhì)中的有毒元素,如重金屬等,了解其環(huán)境行為和生物效應(yīng)。

3. 生物醫(yī)學(xué)研究:XAFS可以用于研究生物大分子(如蛋白質(zhì)、核酸)的結(jié)構(gòu)和功能,以及金屬離子在生物體中的作用和代謝機(jī)制。

4. 化學(xué)研究:XAFS可以用于研究分子和晶體中的原子配位環(huán)境、鍵長(zhǎng)和鍵角等結(jié)構(gòu)信息。

 

三、譜圖解析

1. XANES譜圖解析:通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)譜與已知標(biāo)準(zhǔn)譜,可以確定吸收原子的價(jià)態(tài)、軌道占據(jù)等信息;此外,通過(guò)計(jì)算模擬譜,可以進(jìn)一步揭示原子電子結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。

2. EXAFS譜圖解析:通過(guò)對(duì)譜圖進(jìn)行擬合,可以得到吸收原子周圍的配位原子種類、鍵長(zhǎng)、配位數(shù)等信息;此外,利用小波變換等方法,可以區(qū)分出不同配位原子的距離和種類。

 

四、優(yōu)勢(shì)

1. 高靈敏度:同步輻射光源具有很高的亮度和強(qiáng)度,可以對(duì)微量元素和低含量元素進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

2. 高分辨率:同步輻射光源具有很高的能量分辨率,可以揭示原子和分子層面的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

3. 多元素同時(shí)測(cè)量:同步輻射吸收譜可以同時(shí)測(cè)量多種元素的吸收邊,有利于研究復(fù)雜樣品中的元素組成和分布。

4. 無(wú)損檢測(cè):同步輻射吸收譜是一種非破壞性分析方法,對(duì)樣品的影響較小,適用于珍貴樣品的分析。

 

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