吸收突躍

一般在X射線吸收截面曲線的某些能量位置上出現吸收跳躍，稱之為吸收突躍，或稱吸收邊，對應於某個殼層的電子電離能的位置。但在數據分析過程中，對吸收突躍的定義並不只是依據這個電離閾值，而是有多種定義。如“吸收突躍”被定義為嘴續閾”或者“電離閾”，即指光電子被激發到連續態的能量位置，或者說原子和分子中的真空能級，金屬中的費米能級以及絕緣體中的導帶底位置。

基本介紹

• 中文名：吸收突躍
• 外文名：absorption jump
• 套用：光學分析
• 理論：X射線吸收近邊結構理論
• 表征：X射線吸收中吸收係數的突變
• 光譜：X射線吸收光譜

X射線吸收譜學

X譜學可分為兩個部分：X射線吸收近邊譜和擴展X射線吸收精細結構譜。X射線吸收近邊譜是在原子吸收邊附近50eV範圍內的精細結構，擴展X射線吸收精細結構譜是原子的射線吸收係數在吸收邊30-1000eV高能側甚至更高能量範圍出現的振盪結構。儘管這兩部分有相同的物理起源，都是由於X射線激發的光電子在中心吸收原子和配位原子間的散射效應所導致，但是解析吸收譜的這兩部分卻有所不同。X射線吸收近邊譜對吸收原子的氧化態和配位化學環境（如八面體，四面體配位）非常敏感。而擴展X射線吸收精細結構譜能夠在原子尺度上給出吸收原子周圍幾個近鄰配位殼層的結構信息，包括配位原子的種類及其與吸收原子的距離、配位數、無序度等。

吸收突躍的定義

一般在X射線吸收截面曲線的某些能量位置上出現吸收跳躍，稱之為吸收突躍，或稱吸收邊，對應於某個殼層的電子電離能的位置。

吸收突躍的多種定義

但在數據分析過程中，對吸收突躍的定義並不只是依據這個電離閾值，而是有多種定義。根據以往文獻，至少有下面二種定義：“吸收突躍”被定義為嘴續閾”或者“電離閾”，即指光電子被激發到連續態的能量位置，或者說原子和分子中的真空能級，金屬中的費米能級以及絕緣體中的導帶底位置；“吸收突躍”定義在吸收係數剛好等於原子吸收係數台階的半高處；“吸收突躍”定義為將芯能級中的電子激發到最低空能級的能量位置，如邊前峰的起始位置。選擇哪一種定義的位置，原則上是選擇特徵顯著且不易混淆的點作為比如邊前峰位置、吸收台階起始位置、台階半高、台階邊拐點、第一吸收峰頂等。值得注意的是，在處理同一系列樣品時，對吸收突躍的界定要統一，否則數據不具備可比性。

吸收突躍的產生

當射線光子的能量高於時，與物質的原子核（或電子）發生相互作用，此時X射線光子放出全部能量，轉化為一對正、負電子，這就是電子對效應。它只能發生在入射光子的能量等於或高於時，這是因為一對電子的靜止質量相當於的能量，且主要發生在入射射線光子與原子核相互作用過程，光子從原子核旁邊經過時，在核庫場作用下，光子轉化成一個正電子和一個負電子。由於電子對效應發生的幾率與原子序數的平方成正比，所以電子對效應在原子序數較高、入射光子能量較高時是一種重要的作用。綜上可知，當X射線照射到物質上時，X射線與物質的原子發生相互作用，由於產生光電效應、電子散射、退激發過程、電子對效應等，造成了原子對射線的吸收，使得透過物質後的射線強度減弱。射線與原子的這幾種相互作用對原子吸收的貢獻跟射線能量有直接的關係。

原子的吸收曲線在整個能量範圍並不是單調變化的，而是會在某些個能量位置上出現吸收跳躍，稱之為吸收突躍。它們的形成主要來源於光電效應。當入射射線的光子能量等於或大於被照射物質內某殼層上電子的電離能時，大量的光子會被吸收，使得大量的內殼層電子被電離成光電子，造成原子吸收係數的突變。因為不同元素不同殼層上的電子具有不同的電離能，使得這些吸收突躍的位置相當於元素的“指紋”信息，也因此X射線吸收譜具有元素選擇性。