3d过渡金属软X射线吸收谱学的理论计算进展

3d过渡金属化合物具有部分填充的3d壳层,展现出丰富多变的物理化学性质,在传感器、磁存储器、光电子器件、光催化以及电化学方面都有着广泛的应用,因此确定和理解它们的电子结构是极其重要的。软X射线吸收谱学的定量解析依赖基于晶体场理论和杂化理论的全原子多重态的理论计算方法,可以获取过渡金属及其配体的精细电子结构信息。在这篇综述中,首先简要介绍了软X射线吸收谱学的理论计算的基本原理,关键参数以及谱学计算软件等;随后,讨论了谱学理论计算在解析3d过渡金属化合物电子结构方面的应用,并着重介绍了其在电化学领域的应用。最后,对这一领域未来的发展提出了一些展望。

基于X射线吸收光谱法的塑料薄膜厚度测量

塑料薄膜是我国塑料产品中占比五分之一的大宗类型,在厂家生产时最重要的指标之一为塑料薄膜厚度,如何准确、快速、方便地测量塑料薄膜厚度是一项具有重大经济价值的研究课题。为验证X射线吸收光谱法测量塑料薄膜厚度的可行性,制作了不同厚度的聚乙烯塑料薄膜实验样本,设置30 kV的管电压以及1μA的管电流激发X射线,照射不同厚度的塑料薄膜样品,用X射线探测器采集空白光谱数据和不同样本的原始X射线吸收光谱数据,得到各光谱在256个通道中的光子强度。在数据分析过程中,为达到数据降维的效果,选择主成分分析法处理所采集的数据;再将维数降低后的新数据集分两次分析,一次直接进行机器学习,另一次进行归一化处理后再进行机器学习。在机器学习中,其中的70%作为训练集,剩余的30%作为测试集,输入数据为各组样本X射线吸收光谱,输出数据为模型预测的塑料薄膜厚度。同时,为降低随机性导致的误差,多次训练,以平均的准确率来评价厚度估计的效果。最后,对比分析实验数据的结论是,当误差包容度设置为50μm时,使用归一化处理后经机器学习的X射线吸收光谱法测量塑料薄膜厚度的准确率可以达到98.4%。同时,只要增加原始光谱数据的样本数,并有效规划不同厚度的采样分布,理论上可以大大提高该方法的精度,而且可以推广到其他材料的测厚任务。与市场上的其他测厚方式相比,X射线吸收光谱法测厚具备无损检测、快速检测以及适用范围广的优势,这对于丰富厂家生产线以及相关监管部门的塑料薄膜测厚技术、提高测厚效率、提升测量准确率具有较好的应用前景。

双能X射线吸收法测量双侧股骨颈骨密度的差异及影响因素

背景:应对骨质疏松症是中国应对人口老龄化的重要组成部分,骨质疏松的早期预防、早期发现及早期干预被认为在改善预后中起到非常重要的作用。目的:分析影响双侧股骨近端骨密度差异的相关因素,探讨提升双能X射线吸收法诊断效能的方法。方法:回顾性分析2021年1-7月在中山大学孙逸仙纪念医院核医学科进行双能X射线吸收法骨密度检查共207例受检者的临床资料,分组后分析组间差异性及导致差异性的相关因素,多元logistic回归方程校正,受试者工作特征曲线预测效能。结果与结论:①入组受检者个体双侧股骨颈骨密度的差异[高于最小有意义变化(LSC)]与左右利手、睡眠朝向偏好等无显著相关关系(P均>0.05);②对于绝经后女性及50岁以上男性,当左侧股骨颈T值为-0.9或-1.0时(且此时骨密度值与T值为-1.1时的骨密度值差值大于LSC)加做右侧检查则可明显提高骨量减少的诊断率(P<0.001),且经多元logistic回归分析校正传统因素后提示其为独立影响因素,OR=0.001,95%CI(0.000-0.326),P=0.03,受试者工作特征曲线预测其改变诊断的效能:曲线下面积=0.765,95%CI(0.536-0.993),P=0.018;③提示对于绝经后女性及50岁以上男性,当其左侧股骨颈T值为-0.9或-1.0时(且此时骨密度值与T值为-1.1时的骨密度值差值大于LSC),行腰椎+双侧股骨近端双能X射线吸收法骨密度检查较单侧检查可显著提高骨量减少的诊断率。

整体多毛细管X光透镜在扩展X射线吸收精细结构分析技术中的应用(英文)

为了将整体多毛细管X光透镜应用到扩展X射线吸收精细结构分析技术中,对整体多毛细管X光透镜的功率密度增益、光斑稳定性、高能滤波性质等进行了系统表征。通过实验可知,利用基于整体多毛细管X光透镜的扩展X射线吸收精细结构分析设备可对样品进行微区分析,其空间分辨为25μm左右;利用整体多毛细管X光透镜会聚激光等离子体发出的X射线进行超快时间分辨扩展X射线吸收精细结构分析时,透镜的功率密度增益约为3000。实验结果证明,整体多毛细管X光透镜可以改善扩展X射线吸收精细结构分析设备的性能。

同步辐射X射线吸收光谱在环境矿物学中的应用

本文介绍了同步辐射X射线吸收光谱(XAS)在环境矿物学中的应用与进展,尤其是在矿物载体催化剂的环境催化活性研究、固-液界面的微观机制研究、毒性痕量元素在矿物中赋存状态的研究、核废料的矿物处置研究等方面的发展现状。最后指出,XAS对推动环境矿物学的发展、优化环境矿物材料和原料的工艺流程具有独特的优势,在我国还有待进一步加强其发展和应用。

X射线吸收精细结构谱在材料科学中的应用

简单介绍了X射线吸收精细结构谱的物理基础,数据处理方法,讨论了X射线吸收精细结构谱在元素组成,价态和结构环境方面的分析结果。结果显示,在钠钙硅酸盐平板玻璃中,二价铁离子和三价铁离子同时存在。在Ag-Na离子交换后,二价铁离子被银离子氧化成三价铁离子。当Ti2O3和锐钛矿被分别掺入硼硅酸盐玻璃后,钛离子主要以四价存在,Ti4+离子占据五重配位点。在玻璃中同时掺入锐钛矿和还原剂C,诱导三价钛离子生成,三价钛离子占据八面体配位点,使得Ti K边预边峰高度降低。包裹在钠钙硅酸盐玻璃中的银纳米颗粒界面存在张应力,使得银晶格膨胀,银原子存在两种结构环境:Ag-O配位和Ag-Ag配位。孤立银原子的存在,使得最近邻Ag-Ag配位数显著降低。

X射线吸收谱研究碳纳米管内Rh-Mn纳米粒子结构的变化

利用X射线吸收谱技术研究了负载于多壁碳纳米管内的Rh-Mn纳米粒子在不同气氛和温度下的结构.结果表明,Rh-Mn粒子在空气中是由氧化铑团簇和混合锰氧化物组成.经过氢气在300°C下还原后,混合锰氧化物种转化成MnO.而氧化铑团簇在He气氛下当温度达到250°C时就会发生分解而形成金属铑团簇.对形成的铑团簇用H2或CO进行热处理,发现其分散性随温度升高而提高;同时,X射线吸收谱实验没有观察到Mn和Rh之间存在显著的相互作用,助剂Mn的主要作用是提高了Rh的分散性.

用X射线吸收近边结构谱研究大气颗粒物中元素的种态

大气颗粒物中元素的种态研究,对评价其毒性和污染来源等有很重要的意义。本工作采集了不同地点和不同粒径的大气颗粒物样品,测定了样品中铬、锰、铜和锌的X射线吸收近边结构(XANES)谱,利用该谱分析了这些元素在颗粒物中的种态。结果显示,所采集的样品中铬主要以三价形式存在,锰主要以二价形式存在,铜也以二价形式存在,而锌主要以硫酸盐存在。用质子激发X射线荧光(PIXE)法测定了这些元素在样品中的浓度,观察到不同采样点和不同粒径的颗粒物中金属含量的差别,但未看到种态的这种变化。

近边X射线吸收精细结构光谱法研究土壤腐殖质组分含碳官能团组成及磷酸根影响

应用同步辐射近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)光谱技术研究了土壤腐殖质各组分(富里酸、胡敏酸及胡敏素等)的含碳官能团组成信息,并通过分析PO43-存在条件下胡敏酸、胡敏素的官能团组成变化特征,探讨了PO43-与土壤腐殖质之间的微观作用机制。结果表明,土壤腐殖质不同组分的官能团分布具有类似的光谱特征,但组成比例存在明显差异。随着腐殖质组分的酸不溶性增加,胡敏酸、胡敏素疏水性脂肪基官能团比例显著高于富里酸,芳构化程度也明显增加,而亲水性羧基官能团比例趋于降低;PO43-通过静电作用、取代反应可以选择性释放胡敏酸中部分小分子羧基官能团,从而改变胡敏酸官能团的组成特征。此研究结果对于应用NEXAFS研究有机碳官能团形态、结构及理解PO43-在土壤微界面上的反应机制具有重要意义。

X射线吸收精细结构光谱在土壤中的应用

由于X射线吸收精细结构（X—rayabsorption fine structure，XAFS）可以原位探测吸收原子的2～3个邻近配位壳层，获得目标元素的电子结构信息和化学结构信息，所以XAFS已成为微观领域最重要的结构分析工具，丰富了我们对元素的重要化学性质和反应过程的认识。本文简述了XAFS的基本原理，探讨了样品制备、测试及数据分析等过程需关注的问题，重点综述了应用XAFS研究土壤重金属和营养元素的形态、土壤固一液界面的反应过程和机理，并指出其应用的局限性和未来发展的前景，旨在推动我国XAFS在土壤科学中的应用。由于土壤中界面反应的复杂性，XAFS应结合其他结构分析技术，结构分析技术应结合宏观数据和计算机模拟，土壤学应与其他学科交叉、融合，只有这样，才有可能在时间和空间尺度上阐明土壤组分在环境界面上的复杂反应过程和机理。

同步辐射X射线吸收谱及其在矿物学、地球化学中的应用

矿物谱学是目前矿物学，甚至岩石学、地球化学中方兴未艾的一个研究领域。但现在常用于矿物学研究的谱学方法都有一定的局限性，如穆斯堡尔谱只能研究穆斯堡尔核，通常为５７Ｆｅ、１１９Ｓｎ。可见吸收光谱限于研究能产生颜色的过渡金属离子或色心，电子顺磁共振谱要求被...

两种双能X射线吸收法骨密度仪数据共享:Challenger与Holigic仪器的交叉校正

背景:为达到数据共享的目的,不同厂家生产的双能X射线吸收骨密度仪需要进行仪器之间的校正。目的:利用峰值骨量的人群尝试确立Challenger与Holigic QDR4500型DXA之间的数据换算关系。设计、时间及地点:数据直线相关及回归分析实验,于2007-10在青岛海慈医院骨密度室完成。对象:25～35岁符合青岛地区峰值骨密度的健康成年女性30人。方法:受试者分别经法国DMS公司产的Challenger型扇形束X射线吸收骨密度仪和美国Hologic公司产的QDR-4500A型扇形束X射线吸收骨密度仪测得骨密度值。主要观察指标:通过直线相关与回归分析分别计算出L2～4正位和左侧股骨颈、大转子、Ward三角区6个骨骼区域的骨密度换算公式,并进行青岛与长沙两地区健康女性多骨骼部位骨密度数据库校正前后的比较以验证公式的可行性。结果:两种骨密度仪测定得到的数据显著相关,存在线性关系。校正之前,青岛地区女性髋骨骨密度高于长沙地区;校正之后两地区骨密度无显著性差别。结论:峰值骨量人群可用于Challenger与Holigic QDR4500型双能X射线吸收骨密度仪之间的校正。

广州地区双侧股骨近端双能X射线吸收法测量骨密度1055名的临床价值

目的:观察双侧股骨近端相应部位骨矿密度的差异性,探讨双能X射线吸收法测量双侧股骨近端的诊断价值。方法:选择2001-11/2005-12在暨南大学附属第一医院进行骨密度测量的广州地区受试者1055例(女性组789例、男性组266例)。①所有受试者进行了双侧股骨近端(股骨颈、股骨转子区、股骨颈上部和整体髋关节)双能X射线吸收法骨密度测量,比较双侧股骨近端骨密度。②从受试者中筛选出绝经后妇女500例,按照世界卫生组织1994年制定的方案,依据双侧股骨近端各测量部位的最低T值进行诊断,比较双侧股骨近端骨密度测量结果在诊断水平上可造成的差异。③从受试者中随机选取30例(男8例,女22例,年龄21～72岁,平均42.1岁)同时进行了两次骨密度测量,计算各测量部位的精密度和最小显著变化值。结果:①女性组和男性组双侧股骨近端各测量部位骨密度值呈高度正相关(r=0.88～0.97,P<0.001)。男性组各部位骨密度值双侧差异均不显著;女性组中整体髋关节的骨密度值存在较小的但有统计学意义的差异(骨密度差值=0.030g/cm2,t=2.387,P=0.017),右侧高于左侧。②在500例绝经后妇女中,左右侧股骨近端结果一致者83.2%(416/500),84例(16.8%)双侧测量结果可产生不一致的诊断。经精密度校正后7.0%(35/500)双侧测量结果可产生不一致的诊断。③股骨近端不同部位的单侧测量精密度在0.7%～2.2%,而相应部位的双侧测量精密度在0.6%～1.2%。双侧测量精密度比单侧测量提高20%～45%。结论:①广州地区女性股骨近端的骨密度值存在较小的但有统计学意义的差异。②双侧测量精密度比单侧测量提高,有助于监测骨矿物质密度变化。③有部分的个体双侧测量会改变单侧测量的诊断结果,单侧测量存在有漏诊的可能性。

生物电阻抗分析法和双能X射线吸收法测定住院老年人肌肉质量的对比研究

目的比较生物电阻抗分析法(BIA)和双能X射线吸收法(DXA)测定住院老年人肌肉质量结果的一致性,为住院老年病人肌少症筛查提供方法学基础。方法选择100例老年住院病人,分别采用DXA和BIA方法测定上肢、下肢及全身肌肉质量,应用相关分析、配对t检验、Bland-Altman法检验2种方法测定结果的一致性。结果相关分析显示,BIA与DXA各指标测定值之间r值范围为0.67~0.92(P均<0.001);配对t检验显示,BIA与DXA测定上肢及全身肌肉质量差异无统计学意义(P>0.05),下肢测定值差异有统计学意义(P<0.001),BIA法倾向于高估老年病人下肢肌肉质量;Bland-Altman分析显示,2种方法各指标测定值均具有较高的一致性;2种方法对女性肌肉质量减少检出率差异无统计学意义(P=0.5),对男性检出率差异有统计学意义(P=0.016)。结论 BIA法在住院老年人肌肉质量测定中有较好的应用价值,但应注意BIA与DXA测定下肢肌肉质量之间的差异,差异可能是来源于对人体组织划分方法的不同而不是测量方法误差。

不同种群蜈蚣草中砷形态的X射线吸收光谱研究

研究选择了分布于我国安徽、重庆、湖南、台湾、福建、广西、广东等7个省、市、自治区中10个不同地理区域的13个蜈蚣草种群,通过同步辐射X射线吸收光谱研究不同种群蜈蚣草中的砷形态差异,为揭示其富集机理奠定基础。蜈蚣草根部的砷主要以与O结合的方式存在,各种群的蜈蚣草根部还存在As—S配位的砷,但含量较少。蜈蚣草根部中的砷以As（Ⅴ）为主,As（Ⅴ）的比例为59.6%±0.6%～83.8%±3.8%。不同种群的根部砷形态具有较大差异,HN5种群具有明显高于其他种群的As（Ⅲ）比例,FJ种群具有明显低于其他种群的As（Ⅲ）比例,而来自湖南和广西的几种种群具有较高的As-GSH比例。As（Ⅴ）比例由低到高的顺序为：HN5HN3〉HN1〉TW〉CQ〉AH〉FJ〉HN5〉HN2〉GX2〉GX3〉HN4〉GX1。对蜈蚣草中砷形态的种群差异揭示有利于对蜈蚣草砷富集能力的种群差异来源机制进行深入研究。

老化过程中铜形态变化的X射线吸收精细结构谱的(XAFS)初步研究

利用X射线吸收精细结构谱(XAFS)对老化过程中土壤中铜的分子形态进行初步表征。以硫酸铜、氧化铜和硫化铜的X射线吸收扩展边结构(EXAFS)谱为参比,对土壤样品中Cu的EXAFS谱进行拟合,得到不同老化阶段与参比物质相对应的结合态Cu的百分含量,并与连续提取法表征进行比较。XAFS分析结果表明,老化阶段土壤样品中铜的主要结合形态是CuSO_4,同时还有部分CuS,基本不含有CuO。随着时间的推移,土壤中CuSO_4百分含量呈现出下降的趋势,CuS百分含量呈现出上升的趋势。这与连续提取法研究结果中其可交换态的百分比下降,残渣态上升的趋势相似。

X射线吸收光谱技术中的滤光片研制

在同步辐射X射线吸收光谱(XAS)实验中,X射线滤光片用于吸收样品的康普顿散射和弹性散射,改善荧光信号的质量。我们将ZnO颗粒分散在聚氨酯溶液里,通过恰当的喷涂工艺,获得ZnO滤片。X射线衍射(XRD),X射线荧光(XRF)及X射线吸收光谱(XAS)实验结果表明:在滤片制备过程中,ZnO结构保持不变。进一步地,ZnO滤片用于测量Ga2O3的Ga K边XAS谱,显示出好的信噪比。采用同样的方法还制备了其它X射线滤光片,表明这种X射线滤光片制备技术的可行性和实用性。

神光Ⅲ原型上扩展X射线吸收精细结构谱实验研究

介绍了在大型激光装置上进行扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱压缩物态参数测量的基本原理,以及为获得高质量EXAFS谱在神光Ⅲ原型装置上进行的实验研究。实验采用玻璃靶球、CH靶丸和金球作为EXAFS谱测量的背光源,通过多发次叠加、光子数累积的方法获得了信噪比良好的金属Ti在常温常压下的EXAFS谱,数据处理结果表明,实验测得的金属Ti EXAFS谱拟合结果与同步辐射实验拟合结果相吻合,表明实验设计的正确性与可靠性。对实验结果的分析表明,影响EXAFS谱质量的因素主要是光子计数、测量系统谱分辨率、噪声以及实验器件上的瑕疵。

评估Dpx-MD型双能X射线吸收仪测定骨体模的精确度和准确性

通过用Dpx-MD型X射线吸收仪对骨园筒（骨体模）的测定，了解该仪器的精确度与准确度，并确定该仪器的准确度校正回归方程。实验于2002-09/2007-12在川北医学院附属医院内分泌骨密度室进行。用美国LUNAR公司生产的Dpx-MD型X射线吸收仪测量四川大学华西第四医院骨质疏松中心研制的骨园筒3个，扫描测量10次，测量出投影面积、骨矿含量，并计算骨密度。将被测量后的骨园筒烧灰并用准确度为10^-4g的电子天平称灰重为骨矿含量，通过计算得烧灰骨矿密度值。由上述值算出的Dpx-MD型X射线吸收仪检测骨体模1-3号的精确度分别为2.8%，1.6%，1.9%；准确度误差分别为-1.2%，-8.5%，-3.5%，准确度校正回归方程（测量值与灰值）Y=0.066＋0.924X。提示不同的骨密度其精确度和准确度不同，但其准确度可用回归方程校正以增强测量结果的可靠性。

X射线吸收谱研究碳与硅的纳米线/管

由于X射线吸收谱中的总电子产额(TEY)和荧光产额(FLY)具有不同的取样探测深度,分别对样品的表面和体内敏感,因而两者的综合应用为纳米材料的整体分析提供了有力的依据,是透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等传统方法分析纳米材料时的补充。同时,通过对TEY和FLY记录的X射线吸收谱的评述,作者认为X射线吸收谱可以准确、可靠地用来进行纳米线和纳米管的生长及其机理、取向、化学键合、缺陷与螺旋性等方面的研究。因此X射线吸收谱具有传统方法无法比拟的优势,是纳米材料研究领域强有力的表征工具。