X射线荧光光谱仪及其在SSRF上的应用

X射线荧光光谱仪及其在SSRF上的应用

上海同步辐射设施(SSRF)的BL14W1光束线新安装了一台基于罗兰圆几何的X射线荧光光谱仪。该光谱仪由样品支架、球形弯曲硅晶体和雪崩光电二极管探测器(APD)三部分组成，具有高能量分辨率和低噪声的特点。本文将简要介绍该光谱仪的原理、设计和性能，并展示其在环境领域的初步应用结果。

X射线荧光光谱仪及其在SSRF上的应用

基于同步加速器的X射线发射光谱(XES)和高分辨率X射线吸收近边光谱(XANES)技术近年来取得了很大进展[1]。各种曲线晶体X射线光谱仪已被用于获得X射线和高分辨率XANES。有三种主要类型：约翰型、冯·哈莫斯型和约翰逊型。第三代同步加速器源的高通量、低发散等特点，使这些技术的实际应用成为可能。

图1. 罗兰圆几何[1]

图1显示了光学原理-罗兰圆。样品夹中心、检测器中心和晶体中心位于罗兰圆上。圆的直径正好等于球面弯曲晶体的曲率半径。波长λ = 2dsinθ/n的入射X射线被晶体反射并聚焦在探测器上。d是晶格间距，在这里，我们也使用高指数[Si(440)为Mn Kβ]。在接近反向散射的入射角，能量分辨率可达几个电子伏特。

X射线吸收光谱已被用于研究电子结构和局部几何，但它有其局限性，如理想的实验条件(样品厚度和均匀性)。在一定条件下，X射线发射光谱的特征表现出一定的化学敏感性。图2显示了比较XAS和XES的原理图。

图2. X射线吸收光谱和X射线发射光谱原理图[1]

在XAS中，通过直接吸收入射光子来测量内壳电子激发。在X射线中，一个来自高轨道的电子填补了XAS过程中空出的空穴，并发射出一个光子。总之，在通用X射线吸收光束线上使用紧凑型光谱仪，可以顺利地进行一些测量，例如复杂的组合样品，并为BL14W1提供了一种新的光谱技术。

参考文献

[1] Xing, Gao, Songqi, et al. A high-resolution X-ray fluorescence spectrometer and its application at SSRF[J]. X-Ray Spectrometry, 2013, 42(6):502-507.