Phổ hấp thụ tia X (XAS) tiết lộ thông tin về trạng thái điện tử và hình học cục bộ của nguyên tử bằng cách đo đặc tính hấp thụ của vật chất đối với tia X, lõi của nó bao gồm hai phần: Cấu trúc tinh tế hấp thụ tia X mở rộng (EXAFS) và Cấu trúc gần hấp thụ tia X (XANES), cơ chế vật lý của cả hai đều bắt nguồn từ hiệu ứng giao thoa tán xạ của sóng điện tử ánh sáng và các nguyên tử lân cận sau khi tia X kích thích lớp điện tử bên trong, nhưng sự khác biệt về phạm vi năng lượng và đường đi tán xạ dẫn đến thông tin cấu trúc phản ánh của nó có trọng lượng riêng.

Cơ chế vật lý của EXAFS

EXAFS quan sát các tín hiệu dao động trong phạm vi 30-1000eV ở phía năng lượng cao của cạnh hấp thụ, bắt nguồn từ hiệu ứng tán xạ đơn lẻ của quang điện tử. Khi năng lượng tia X vượt quá năng lượng ion hóa của các electron bên trong, các nguyên tử hấp thụ các photon và kích thích các electron bên trong thành các quang điện tử, truyền ra ngoài dưới dạng hàm sóng. Nếu gặp phải các nguyên tử lân cận gần trong quá trình truyền, tán xạ đàn hồi (tán xạ lưng) xảy ra và sự giao thoa giữa sóng tán xạ và sóng thoát xảy ra tại các nguyên tử hấp thụ. Do bước sóng quang điện tử thay đổi theo năng lượng, hiệu ứng giao thoa dẫn đến hệ số hấp thụ xuất hiện dao động định kỳ. Thông qua biến đổi Fourier, tín hiệu dao động có thể được chuyển đổi thành chức năng phân phối xuyên tâm, trực tiếp thu được thông tin về chiều dài liên kết của các nguyên tử phối hợp xung quanh hấp thụ (độ chính xác lên tới 0,01 Å), phối hợp và mất trật tự. EXAFS nhạy cảm với các cấu trúc có trật tự tầm ngắn và thích hợp để phân tích các mẫu tinh thể, phi tinh thể và lỏng.

Cơ chế vật lý của Xanes

XANES tập trung vào một cấu trúc tinh tế hấp thụ khoảng 50 eV từ cạnh eV đến cạnh sau, và cơ chế hình thành của nó là hiệu ứng đa tán xạ của quang điện tử với các nguyên tử lân cận. Các quang điện tử năng lượng thấp (động năng<50 eV) trải qua nhiều tán xạ trong quá trình truyền dẫn, tạo ra một lớp phủ phức tạp của các hàm sóng. Sự tán xạ đa dạng này rất nhạy cảm với môi trường phối hợp cục bộ xung quanh các nguyên tử hấp thụ (chẳng hạn như các loại nguyên tử, sắp xếp hình học), dẫn đến hệ số hấp thụ thể hiện các đặc điểm như đỉnh tách biệt, đỉnh vai ở các vùng gần cạnh. Các tính năng phổ XANES phản ánh trực tiếp sự phân bố mật độ trạng thái electron của các nguyên tử hấp thụ, chẳng hạn như phân tích định lượng sự thay đổi trạng thái hóa trị của các nguyên tố bằng cách hấp thụ độ lệch vị trí cạnh, trong khi sự hiện diện của đỉnh cạnh trước tiết lộ thông tin về quỹ đạo phân tử không bị chiếm đóng. Không giống như EXAFS, XANES phù hợp hơn để nghiên cứu các hệ thống có trật tự hoặc mất trật tự tầm ngắn, chẳng hạn như các vị trí hoạt động bề mặt chất xúc tác, phụ kiện kim loại đại phân tử sinh học, v.v.