Là một kỹ thuật phân tích vật liệu tiên tiến, máy quang phổ cấu trúc tinh tế hấp thụ tia X đã cho thấy tiềm năng và giá trị ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực như khoa học vật liệu, hóa học, sinh học và y học kể từ khi ra đời.
I. Nguyên tắc làm việc
Nó hoạt động dựa trên sự tương tác của tia X với các yếu tố cụ thể trong vật chất. Khi tia X đi qua mẫu, các tia năng lượng cụ thể được hấp thụ bởi các nguyên tử trong mẫu và bắt đầu một bước nhảy electron, do đó phát ra tia X có bước sóng cụ thể. Những tia X được phát ra này mang theo thông tin quan trọng về cấu trúc nguyên tử và trạng thái electron của mẫu. Bằng cách tinh chỉnh năng lượng tia X để kích thích sự chuyển tiếp electron của các nguyên tố cụ thể trong mẫu và đo năng lượng và cường độ của các tia X này, các nhà khoa học có thể thu được nhiều thông tin về cấu trúc vật liệu.
Cụ thể, công nghệ XAFS sử dụng quá trình hấp thụ tia X trong vật chất để phân tích cấu trúc tinh tế của mẫu bằng cách đo sự thay đổi của hệ số hấp thụ μ với năng lượng E, tức là đường cong μ (E). Khi tia X được hấp thụ bởi vật chất, các quang điện tử (sóng thoát) được tạo ra, tạo thành sóng tán xạ sau khi tán xạ qua các nguyên tử xung quanh. Hai cột sóng với các pha khác nhau tạo ra sự giao thoa tại các nguyên tử hấp thụ, do đó ảnh hưởng đến chức năng sóng quang điện tử tại các nguyên tử hấp thụ, hệ số hấp thụ μ. Bằng cách phân tích hình dạng, vị trí và cường độ của đường cong μ (E), các nhà khoa học có thể giải quyết các thông tin quan trọng như hóa trị nguyên tố, môi trường phối hợp, loại liên kết hóa học và cấu trúc điện tử cục bộ.
II. Đặc điểm kỹ thuật
Khả năng phân biệt nguyên tố mạnh: Công nghệ XAFS có khả năng phân biệt nguyên tố tuyệt vời, có thể xác định chính xác thông tin cấu trúc của các nguyên tố cụ thể trong các hình thái vật chất khác nhau như rắn, lỏng và khí. Điều này mang lại cho công nghệ XAFS một lợi thế đáng kể về cấu trúc khu vực lân cận và phân tích giá trị của các yếu tố trong các hệ thống phức tạp.
Phát hiện không phá hủy: Công nghệ XAFS là một phương pháp phát hiện không phá hủy có thể thu được thông tin cấu trúc bên trong của nó mà không làm hỏng mẫu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các mẫu quý hoặc khó chuẩn bị.
3, Yêu cầu mẫu ít: Số lượng mẫu cần thiết để kiểm tra phổ kế cấu trúc tốt hấp thụ tia X là rất nhỏ, thường chỉ cần một vài miligam hoặc thậm chí ít hơn mẫu để có được kết quả độ phân giải cao. Điều này làm giảm đáng kể chi phí và thời gian thử nghiệm và cải thiện hiệu quả thử nghiệm.
4, độ chính xác đo lường cao: Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, hiệu suất của nó liên tục được cải thiện, chẳng hạn như độ phân giải năng lượng cao hơn, tốc độ quét nhanh hơn và giới hạn phát hiện thấp hơn, v.v. Những tiến bộ này tiếp tục mở rộng lĩnh vực ứng dụng XAFS, cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của các phép đo.
III. Lĩnh vực ứng dụng
Khoa học vật liệu: Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, công nghệ XAFS được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cấu trúc tinh thể, trạng thái điện tử và phân bố các nguyên tố của vật liệu. Thông qua công nghệ XAFS, các nhà khoa học có thể hiểu sâu hơn về mối quan hệ giữa thành phần, cấu trúc và tính chất của vật liệu, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho thiết kế và tối ưu hóa vật liệu. Ví dụ, trong lĩnh vực nghiên cứu chất xúc tác, môi trường phối hợp và trạng thái điện tử của trung tâm hoạt động của chất xúc tác có thể được tiết lộ, cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế và cải tiến chất xúc tác.
Hóa học: Trong lĩnh vực hóa học, nó được sử dụng để tiết lộ những thay đổi trong cơ chế phản ứng hóa học và cấu trúc vật chất trong quá trình phản ứng. Bằng cách đo phổ XAFS của các chất phản ứng, chất trung gian và sản phẩm, các nhà khoa học có thể phân tích đường phản ứng và cơ chế phản ứng để cung cấp hướng dẫn kiểm soát và tối ưu hóa các phản ứng hóa học. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng để nghiên cứu các vấn đề sinh học như cấu trúc không gian và cơ chế tương tác của các đại phân tử sinh học.
Khoa học môi trường: Trong lĩnh vực khoa học môi trường, nó được sử dụng để phân tích các loại, hình thái và nội dung của các chất ô nhiễm trong các mẫu môi trường. Công nghệ XAFS đặc biệt thích hợp để nghiên cứu sự phân bố và thay đổi hình thái của các nguyên tố trong các hệ thống phức tạp trong tự nhiên vì nó có ưu điểm là khả năng phân biệt nguyên tố mạnh mẽ và nhu cầu mẫu thấp. Ví dụ, trong môi trường môi trường như đất, nước và khí quyển, việc xác định và phân tích chính xác các nguyên tố kim loại nặng, các chất gây ô nhiễm hữu cơ, v.v., có thể đạt được.
Y học: Trong lĩnh vực y học, nó cũng được sử dụng trong các cơ chế tương tác của các nguyên tố kim loại và phân tử sinh học trong các đối tượng sau đại học và trong quá trình phát triển và phát triển bệnh. Bằng cách đo phổ XAFS của các mẫu sinh học, các nhà khoa học có thể thu thập thông tin về môi trường phối hợp và trạng thái điện tử của các nguyên tố kim loại trong sinh vật, cung cấp những con đường mới và phương pháp mới để chẩn đoán và điều trị bệnh.