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同步輻射吸收譜（XAFS）有關原子和分子結構的深入見解

來源：時間：2023-12-06 09:36:20 瀏覽：6221次

同步輻射吸收譜（XAFS）有關原子和分子結構的深入見解

同步輻射吸收譜（XAFS，X-ray Absorption Fine Structure）是一種強大的分析手段，可以揭示原子和分子層面的結構奧秘；本文將詳細介紹同步輻射吸收譜（XAFS）的相關知識，包括原理、應用范圍、譜圖解析等方面，為大家提供關于原子和分子結構的深入見解。

一、原理

同步輻射吸收譜是一種基于X射線吸收的譜學技術，當同步輻射光源照射到樣品上時，樣品中的原子會吸收能量，產(chǎn)生電子躍遷。XAFS主要包括兩個部分：近邊區(qū)（XANES，X-ray Absorption Near-Edge Structure）和擴展邊（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結構，可以提供吸收原子的電子結構信息，如價態(tài)、對稱性、軌道占據(jù)等。

2. 擴展邊（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、配位數(shù)、無序度等。

二、應用范圍

同步輻射吸收譜（XAFS）廣泛應用于材料科學、環(huán)境科學、生物醫(yī)學、化學等領域。

以下為幾個應用實例：

1. 材料科學研究：XAFS可以用于研究金屬合金、半導體、陶瓷等材料的組成、結構和性能關系。

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

3. 生物醫(yī)學研究：XAFS可以用于研究生物大分子（如蛋白質、核酸）的結構和功能，以及金屬離子在生物體中的作用和代謝機制。

4. 化學研究：XAFS可以用于研究分子和晶體中的原子配位環(huán)境、鍵長和鍵角等結構信息。

三、譜圖解析

1. XANES譜圖解析：通過比較實驗譜與已知標準譜，可以確定吸收原子的價態(tài)、軌道占據(jù)等信息；此外，通過計算模擬譜，可以進一步揭示原子電子結構的細節(jié)。

2. EXAFS譜圖解析：通過對譜圖進行擬合，可以得到吸收原子周圍的配位原子種類、鍵長、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

1. 高靈敏度：同步輻射光源具有很高的亮度和強度，可以對微量元素和低含量元素進行準確測量。

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結構。

3. 多元素同時測量：同步輻射吸收譜可以同時測量多種元素的吸收邊，有利于研究復雜樣品中的元素組成和分布。

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

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