Рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS) раскрывает информацию о локальном электронном состоянии и геометрической структуре атома, измеряя абсорбционные свойства материала к рентгеновским лучам, ядро которого состоит из двух частей: расширенной тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (EXAFS) и ближней структуры поглощения рентгеновских лучей (XANES), оба из которых являются физическими механизмами рассеянного интерферометрического эффекта внутренней электронной волны, возбуждаемой рентгеновскими лучами, и соседних атомов, но различия в энергетическом диапазоне и пути рассеяния делают структурную информацию, которую они отражают, сосредоточенной.

Физический механизм EXAFS

EXAFS наблюдает вибрационные сигналы в диапазоне 30 - 1000 эВ на стороне поглощения высокой энергии, источником которых является эффект однократного рассеяния фотоэлектронов. Когда энергия рентгеновских лучей превышает ионизирующую энергию электронов во внутреннем слое, атомы поглощают фотоны и возбуждают электроны во внутреннем слое как фотоны, которые распространяются наружу в виде волновых функций. Если во время распространения встречаются близлежащие атомы, происходит упругое рассеяние (обратное рассеяние), а рассеянные и исходящие волны вмешиваются в поглощение атомов. Поскольку длина волны фотоэлектрона изменяется с энергией, интерференционный эффект приводит к периодическим колебаниям коэффициента поглощения. Преобразование Фурье позволяет преобразовывать колебательные сигналы в радиальные функции распределения, получая информацию о длине связи (точность 0,01 а), значении и неупорядоченности, поглощающей атомы, расположенные вокруг атома. EXAFS чувствительна к короткой упорядоченной структуре и подходит для анализа образцов кристаллов, аморфных и жидких.

Физический механизм XANES

XANES фокусируется на тонкой структуре, которая поглощает около 50 эВ от края EV до края, формируя многократное рассеяние фотоэлектронов и близлежащих атомов. Фотоэлектроны низкой энергии (кинетическая энергия < 50eV) подвергаются многократному рассеянию во время распространения, образуя сложное наложение волновых функций. Это многократное рассеяние очень чувствительно к локальной координационной среде вокруг поглощающего атома (например, тип атома, геометрическое расположение), что приводит к тому, что коэффициент поглощения демонстрирует такие характеристики, как дискретные пики и плечевые пики в ближней области. Характеристики спектрограммы XANES непосредственно отражают распределение плотности в электронном состоянии поглощающих атомов, например, количественный анализ изменения валентного состояния элемента путем смещения положения края поглощения, в то время как наличие переднего пика раскрывает информацию о незанятых молекулярных орбитах. В отличие от EXAFS, XANES более подходит для изучения упорядоченных или неупорядоченных систем малой дальности, таких как поверхностно - активные участки катализатора, биомакромолекулярные металлические вспомогательные основания.