探測器用于測量經(jīng)過樣品吸收后的X射線強(qiáng)度。快掃型X射線吸收譜儀通常采用高計(jì)數(shù)率、高能量分辨率的探測器,如電離室、硅漂移探測器(SDD)等。電離室具有較大的靈敏體積和較好的線性響應(yīng),適用于測量高強(qiáng)度X射線;SDD則具有較高的能量分辨率和較快的響應(yīng)時間,能夠準(zhǔn)確區(qū)分不同能量的X射線光子,提高數(shù)據(jù)采集的精度和效率。
它能夠準(zhǔn)確控制X射線能量的快速變化,并實(shí)現(xiàn)對探測器信號的實(shí)時采集和處理。通過采用電子學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制算法,快速掃描控制系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)完成對整個吸收邊的掃描,大大縮短了實(shí)驗(yàn)時間。樣品室是放置待測樣品的區(qū)域,需要具備良好的真空環(huán)境或特定氣氛控制能力,以避免樣品與空氣中的成分發(fā)生反應(yīng),影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時,樣品室還應(yīng)配備準(zhǔn)確的樣品操縱系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對樣品位置、角度的準(zhǔn)確調(diào)整,以滿足不同實(shí)驗(yàn)的需求。
快掃型X射線吸收譜儀的工作原理:
(一)能量掃描過程
在實(shí)驗(yàn)開始時,快速掃描控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描參數(shù),控制單色器快速改變X射線的能量。能量掃描可以采用連續(xù)掃描或步進(jìn)掃描的方式。連續(xù)掃描時,X射線能量在設(shè)定的范圍內(nèi)連續(xù)變化,探測器實(shí)時采集對應(yīng)的X射線強(qiáng)度信號;步進(jìn)掃描則是將能量范圍劃分為多個小的步長,在每個步長處停留一定時間進(jìn)行信號采集,然后逐步移動到下一個步長。快掃型譜儀通常采用連續(xù)掃描方式,以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)采集速度。
(二)信號采集與處理
探測器將接收到的X射線光子轉(zhuǎn)換為電信號,并傳輸給信號處理系統(tǒng)。信號處理系統(tǒng)對電信號進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理,將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。然后,計(jì)算機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理,包括扣除背景信號、歸一化處理等,得到X射線吸收譜。
(三)數(shù)據(jù)存儲與分析
處理后的數(shù)據(jù)被存儲在計(jì)算機(jī)硬盤或其他存儲設(shè)備中,以便后續(xù)的分析和研究。科學(xué)家可以利用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對X射線吸收譜進(jìn)行擬合和分析,提取出吸收邊位置、邊前和邊后結(jié)構(gòu)參數(shù)等信息,進(jìn)而推斷出樣品的原子結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)。