


说明:本文华算科技介绍了XANES谱图数据应用的实际案例,文字简洁,目的明确,读者可以根据本文快速确定自己体系如何使用XANES。
案例包括:Coordination(配位环境)、Crystallinity(结晶度)、Oxidation(氧化态)、Oxidation and edge position(氧化态与吸收边位置)、Mixed phases(混合相)、Evolution of redox state(氧化还原变化)、Ligands(配体)、Categorizing spectra(谱图分类)、Disorder(无序度)、Linear Combination Fitting(线性组合拟合)、Peak Fitting(分峰拟合)、Principle Components Analysis(主成分分析)、Difference Spectra(差谱)。


K2CrO7

Cr2O3
http://cars9.uchicago.edu/~newville/ModelLib/search.html
XANES 数据最强大的功能之一,就是直接“照”出到底是什么物种。以上是四配位、六价 K₂CrO₇和六配位、三价 Cr₂O₃的Cr K边数据。三价铬不溶于水且无毒,六价铬易溶且毒性极高,在XANES图像中很容易区分。

SiO2在标准条件下以两种形式存在:晶体和非晶体。同样,这些很容易通过XANES测量来区分
。

DOI: 10.1021/ja00191a012
从S2–到S6+有11 eV的位移,在物种之间有很多变化。硫的物种分布(S speciation)在生命科学、催化、石油科学、光伏、环境科学等众多领域都至关重要。

DOI: 10.1107/S0909049510006230
金属的形式价态与其在 XANES 谱中的吸收边位置之间存在对应关系。上图给出了金属 Re 以及 Re 的 +4、+6、+7 价氧化物谱图。原子上的电荷越少,对芯电子的屏蔽就越弱,导致芯电子结合能升高,吸收边随之向高能移动。

三价V2O3,五价V2O5和样品钒化合物一起绘制。与Cr的例子一样,我们可以看到6配位和4配位V之间的明显差异。通过边前峰减弱和吸收边左移,可以推测样品发生了还原。

DOI: 10.1021/es901759w
吸收边特征通常足够显著,其变化可在原位实验中实时监测。这里展示了四分钟反应时间内,Cr3+ 氧化为Cr6+的动力学过程;每条谱图仅用时3秒采集。原位实验可以涉及化学反应、温度变化、电化学循环等。


As3+水溶液和As5+水溶液之间有显著的边缘位移。注意,As3+和As5+蛋氨酸溶液是相似的,但位移到较低的能量。

在二价赤铁矿(Fe2O3)和二价黄铁矿(FeS2)之间观察到相同的位移。

DOI: 10.1016/0016-7037(96)00144-5
我们可以看到根据参考文献,在一项含钛标准物质的研究中,来自各种锆英石(CaZrTi2O7)样品的Ti K边缘数据。当绘制边缘前峰高与峰位的关系图时,发现不同的配位环境聚集在一起。


DOI: 10.1080/00150199808009173
XANES的细节也可以提供关于吸收原子的结构无序的信息。EuTiO3是完全的立方钙钛矿,而 PbTiO3则是发生四方畸变的钙钛矿,其氧八面体内存在显著无序。PbTiO3的边前峰要大得多。
有很多方法可以从XANES光谱中获得定量结果。

未知样品的光谱可以理解为两个或多个已知样品光谱的线性叠加。

DOI: 10.1016/j.orggeochem.2004.10.011
一条谱线可被合理地分解为一组阶跃函数(atan或erfc)和峰函数(高斯、洛伦兹或福伊特)的组合。
在此例中,C K边XANES谱中的各高斯峰被解释为:主跃迁(1s→π*)及里德伯/混合价态跃迁,另有两个位于更高能的1s→2π*跃迁。这类分析只有在处理一整组相互关联的数据时才最具意义;其局限性在于,这些线型的物理意义比较模糊。



DOI: 10.1051/jp4/1997163
PCA是一种线性代数,它将相关数据的集合分解为抽象的组件。可将这些组分用于尝试构建一条标准谱,并以此检验该标准谱是否存在于整个数据集中。整个数据集中所包含的物种数量,与统计上显著的组分数目相对应。

DOI: 10.1209/epl/i1998-00359-2
最常见的用途是用于X射线磁圆二色性(XMCD),差谱下的区域告诉你磁矩和磁序。差谱也可用于突出显示数据序列中的细微变化。

对 Pt 纳米颗粒进行加氢处理会改变其 Pt 的态密度(DOS)