Das Röntgenabsorptionsspektrum (XAS) enthüllt lokale Elektronenzustand und geometrische Informationen über das Atom durch die Messung der Röntgenabsorptionseigenschaften von Substanzen. Sein Kern besteht aus der erweiterten Röntgenabsorptionsfeinen Struktur (EXAFS) und der Röntgenabsorptionsnahen Struktur (XANES). Beide der physikalischen Mechanismen stammen aus dem Streuungsinterferenzeffekt der Röntgenstrahlen, die die inneren Elektronen nach der Lichtelektronenwelle und den nahen Atomen anregen.

Physikalische Mechanismen von EXAFS

EXAFS beobachtet Oszillationssignale im Bereich von 30-1000 eV auf der absorbierenden Hochenergieseite, deren Ursache der einzelne Streueffekt von Photoelektronen ist. Wenn die Röntgenenergie die ionisierende Energie der inneren Elektronen übersteigt, absorbieren die Atome die Photonen und stimulieren die inneren Elektronen als Photoelektronen, die sich in Form einer Wellenfunktion nach außen verbreiten. Wenn man während der Verbreitung auf benachbarte Atome trifft, entsteht eine elastische Streuung (Rückstreuung), bei der die Streuungswelle und die Emissionswelle an der Absorptionsstelle eingreifen. Da sich die Wellenlänge der Photoelektronen mit der Energie ändert, führt der Interferenzeffekt zu periodischen Oszilationen des Absorptionskoeffizienten. Mit der Fourier-Transformation können Oszillationssignale in eine radiale Verteilungsfunktion umgewandelt werden, um Informationen wie die Bindungslänge (Genauigkeit bis 0,01 Å), die Anzahl der Positionen und die Anordnung der um das Atom herumliegenden Atome direkt zu erhalten. EXAFS ist empfindlich für kurzstreckende geordnete Strukturen und eignet sich für die Analyse von Kristallen, nicht-kristallinen und flüssigen Proben.

Die physikalischen Mechanismen von XANES

XANES konzentriert sich auf die feine Struktur der absorbierenden Kante eV bis etwa 50 eV hinter der Kante, deren Bildungsmechanismus durch mehrere Streuungseffekte von Photoelektronen und benachbarten Atomen besteht. Niedrigenergische Photoelektronen (kinetische Energie < 50 eV) werden während der Verbreitung mehrmals gestreut und bilden eine komplexe Wellenfunktionsüberlagerung. Diese mehrfache Streuung ist sehr empfindlich für die lokale Positionierungsumgebung um das Absorptionsatom herum (wie Atomtypen, geometrische Anordnungen), was dazu führt, dass der Absorptionskoeffizient getrennte Spitzen, Schulterspitzen und andere Merkmale in der Nähe aufweist. Die XANES-Spektrum-Eigenschaften spiegeln die Verteilung der Elektronendichte der absorbierten Atome direkt wider, z. B. durch eine quantitative Analyse der Wertänderungen der Elemente durch Absorptionskantenpositionsverschiebungen, während das Vorhandensein von Frontspitzen Informationen enthüllt, die keine molekulare Umlaufbahn besetzen. Im Gegensatz zu EXAFS eignet sich XANES besser für die Untersuchung von kurzfristigen geordneten oder unordneten Systemen wie Katalysatoroberflächenaktiven Stellen, biomolekularen Metallhilfsstoffen usw.