Рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS) — широко используемый метод определения локальной геометрической и/или электронной структуры вещества. Эксперимент обычно проводится на установках синхротронного излучения, которые обеспечивают интенсивные и настраиваемые рентгеновские пучки. Образцы могут находиться в газовой фазе, растворах или твердых телах.
Фон
Данные XAS получаются путем настройки энергии фотона с использованием кристаллического монохроматора в диапазоне, в котором могут быть возбуждены основные электроны (0,1-100 кэВ). Края, в частности, названы в соответствии с тем, какой основной электрон возбужден: главные квантовые числа n = 1, 2 и 3 соответствуют K-, L- и M-краям соответственно. Например, возбуждение 1s-электрона происходит на K-крае, тогда как возбуждение 2s- или 2p-электрона происходит на L-крае (рисунок 1).
На спектре, полученном с помощью данных XAS, можно выделить три основные области, которые затем рассматриваются как отдельные спектроскопические методы (рисунок 2):
XAS — это тип абсорбционной спектроскопии из начального состояния ядра с четко определенной симметрией; поэтому квантово-механические правила отбора выбирают симметрию конечных состояний в континууме, которые обычно представляют собой смесь нескольких компонентов. Наиболее интенсивные особенности обусловлены разрешенными переходами электрического диполя (т. е. Δℓ = ± 1) в незанятые конечные состояния. Например, наиболее интенсивные особенности K-края обусловлены переходами ядра из конечных состояний типа 1s → p, в то время как наиболее интенсивные особенности L3-края обусловлены конечными состояниями типа 2p → d.
Методологию XAS можно в общих чертах разделить на четыре экспериментальные категории, которые могут давать дополняющие друг друга результаты: металлический K-край, металлический L-край, лигандный K-край и EXAFS.
Наиболее очевидным способом картирования гетерогенных образцов помимо рентгеновского поглощения является элементный анализ с помощью рентгеновской флуоресценции, аналогичный методам EDX в электронной микроскопии.
Приложения
XAS — это метод, используемый в различных научных областях, включая молекулярную и конденсированную физику, материаловедение и инженерию, химию, науки о Земле и биологию. В частности, его уникальная чувствительность к локальной структуре по сравнению с рентгеновской дифракцией была использована для изучения: