本發(fā)明涉及x射線吸收譜測量領(lǐng)域，特別是一種原位時間分辨x射線吸收譜的測量裝置和測量方法。

背景技術(shù)：

x射線吸收譜能夠提供物質(zhì)的微觀局域結(jié)構(gòu)(包括電子結(jié)果和幾何結(jié)構(gòu))信息，是用于描繪局部結(jié)構(gòu)最強(qiáng)有力的工具之一[1,2]，而時間分辨x射線吸收譜測量技術(shù)可以獲得自然界一些重要反應(yīng)過程中局域原子和電子結(jié)構(gòu)的本征動力學(xué)信息，已在材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、催化科學(xué)等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用[3-7]。

目前國際上普遍采用的時間分辨x射線吸收譜測量裝置[8，9]的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括x射線源1、雙晶單色器2、光闌3、前電離室4、待測樣品5、后電離室6和電子學(xué)組件7?；谠摃r間分辨x射線吸收譜測量裝置，x射線吸收譜的測量主要包括以下步驟：

①根據(jù)待測x射線吸收譜的能量范圍，將雙晶單色器運動到起始能量點對應(yīng)的位置處；

②使雙晶單色器連續(xù)勻速運動到待測吸收譜終止能量點對應(yīng)的位置處，同時讓電子學(xué)系統(tǒng)按照一點的積分時間持續(xù)的采集前電離室和后電離室的光強(qiáng)，并計算對應(yīng)的吸收系數(shù)，形成一組吸收系數(shù)序列；

③待雙晶單色器運動至終止能量點對應(yīng)的位置時，停止數(shù)據(jù)采集；

④根據(jù)雙晶單色器的運動速度，計算吸收系數(shù)序列中各個吸收系數(shù)值對應(yīng)的光子能量，得到x射線吸收譜。

目前這種時間分辨x射線吸收譜測量裝置和測量方法的主要缺點是：(1)在測量過程中，雙晶單色器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)一直處于連續(xù)的運動過程中，由于涉及到機(jī)械運動，x射線吸收譜的測量速度因而較慢，如獲取一個完整的exafs譜，大約需要4秒鐘左右的時間，而在實際x射線吸收譜的動態(tài)測量環(huán)境中，為了觀察化學(xué)反應(yīng)、材料合成等動力學(xué)過程，需要x射線吸收譜能在亞秒量級甚至是毫秒量級完成快速的測量，目前普遍采用的測試裝置和方法顯然是無法勝任的；(2)由于測量過程中，雙晶單色器一直處于連續(xù)的運動狀態(tài)，電離室一直在保持持續(xù)的數(shù)據(jù)采集，這兩個動作是并行的，因此在數(shù)據(jù)處理過程中(計算吸收譜序列中各個吸收系數(shù)值對應(yīng)光子能量的時候)，往往會產(chǎn)生不可忽略的數(shù)據(jù)匹配誤差，從而會產(chǎn)生吸收譜的測量誤差。

另外一種時間分辨x射線吸收譜測量方法是利用彎曲晶體將復(fù)色x光束中不同能量的成分在一維空間色散開來，結(jié)合線陣ccd探測器即可通過一次曝光的方式實現(xiàn)x射線吸收譜的快速測量[10,11]，在該測量技術(shù)中，由于不存在任何機(jī)械部件的運動，因此可以實現(xiàn)超快速的x射線吸收譜測量，時間分辨能力可以達(dá)到微秒量級。但是該時間分辨測量方法的主要缺點是：(1)與采用電離室的測量方法相比，由于該方法是采用線陣ccd實現(xiàn)信號采集的，x射線吸收譜的測量精度因而不高；(2)測量系統(tǒng)的能量分辨率較低；(3)x射線吸收譜的測量波段不可靈活調(diào)節(jié)。

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技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有時間分辨x射線吸收譜測量技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明專利提供一種速度快、精度高的時間分辨x射線吸收譜測量裝置和測量方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種原位時間分辨x射線吸收譜的測量裝置，其特點在于，包括x射線源、第一狹縫、x射線濾波器、射頻發(fā)射器、第二狹縫、前電離室、前電離室信號放大器、待測樣品、后電離室、后電離室信號放大器、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)；

沿所述x射線源的光束出射方向依次是第一狹縫和x射線濾波器，沿所述x射線濾波器光束出射方向依次是第二狹縫、前電離室、待測樣品和后電離室，所述的前電離室的輸出信號經(jīng)所述的前電離室信號放大器放大處理后，傳送至所述的數(shù)據(jù)采集器，所述的后電離室的輸出信號經(jīng)所述的后電離室信號放大器進(jìn)行放大處理后，傳送至所述的數(shù)據(jù)采集器，所述的數(shù)據(jù)采集器的輸出端與所述的計算機(jī)的輸入端相連，所述的計算機(jī)的輸出端與所述射頻發(fā)射器的輸入端相連，射頻發(fā)射器發(fā)出的激勵信號傳送至所述的x射線濾波器。

所述的x射線濾波器為聲光x射線聲光濾波器或者為x射線液晶可調(diào)諧濾波器。

一種原位時間分辨x射線吸收譜的測量方法，包括以下步驟：

①根據(jù)待測x射線吸收譜的波長范圍(λ1,λn)，通過射頻發(fā)生器將x射線濾波器出射的光子波長設(shè)置為初始波長λ1；

②通過數(shù)據(jù)采集器、前電離室信號放大器和后電離室信號放大器，利用前電離室和后電離室分別同時測量入射x光束穿過待測樣品前的強(qiáng)度i0和入射x光束穿過待測樣品后的強(qiáng)度i1，并按照以下公式計算待測樣品在波長λ1位置處的光吸收系數(shù)μ1；

③通過射頻發(fā)生器將x射線濾波器出射的光子波長依次設(shè)置為λ2,λ3…λn-1和λn，在各個波長位置處重復(fù)步驟②，得到各個波長位置處的光吸收系數(shù)和

④根據(jù)光吸收系數(shù)和繪制待測樣品在波段范圍(λ1,λn)內(nèi)的x射線吸收譜。

與現(xiàn)有普遍采用的時間分辨x射線吸收譜測量裝置和方法相比，本發(fā)明專利提出的測量裝置和測量方法主要具有以下優(yōu)點：

(1)與現(xiàn)有時間分辨x射線吸收譜測量技術(shù)相比(在測量過程中，雙晶單色器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)一直處于連續(xù)的運動過程中，由于涉及到機(jī)械運動，x射線吸收譜的測量速度因而較慢，如獲取一個完整的exafs譜，大約需要4秒鐘左右的時間)，本發(fā)明專利提出的測量技術(shù)在測量過程中不存在任何機(jī)械部件的運動，因而可實現(xiàn)x射線吸收譜的高速測量，對于同樣的x射線吸收譜，大約在毫秒量級即可完成測量；

(2)與現(xiàn)有時間分辨x射線吸收譜測量技術(shù)相比(在計算吸收譜序列中各個吸收系數(shù)值對應(yīng)光子能量的時候，往往會產(chǎn)生不可忽略的數(shù)據(jù)匹配誤差，從而會產(chǎn)生吸收譜的測量誤差)，本發(fā)明專利提出的測量技術(shù)在不存在這一誤差來源，因而對x射線吸收譜具有較高的測量精度。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有時間分辨x射線吸收譜測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明專利提出的時間分辨x射線吸收譜測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1：

一種時間分辨測量x射線吸收譜的裝置，如圖2所示，該裝置主要包括x射線源1、第一狹縫2、聲光x射線濾波器9、射頻發(fā)射器10、第二狹縫4、前電離室5、前電離室信號放大器11、待測樣品6、后電離室7、后電離室信號放大器13、數(shù)據(jù)采集器12和計算機(jī)14。x射線源1用于為x射線吸收譜測量提供光源，一般為同步輻射加速器，x射線源1出射的復(fù)色x光束經(jīng)過第一狹縫2的作用后，形成高質(zhì)量的x光束，第一狹縫2起到限制x光束的孔徑和抑制雜散光的目的，經(jīng)過第一狹縫2的準(zhǔn)直x光束入射到聲光x射線濾波器9內(nèi)，經(jīng)過聲光x射線濾波器9的作用后形成單色的x光束，射頻發(fā)生器10用于為聲光x射線濾波器9提供調(diào)制信號，從而控制聲光x射線濾波器9輸出x光束的波長，第二狹縫4用于限制聲光x射線濾波器9輸出x光束的孔徑和抑制雜散光的目的，前電離室5用于測量x光束穿過樣品前的強(qiáng)度，后電離室7用于測量x光束穿過樣品6后的強(qiáng)度，前電離室信號放大器11用于對前電離室5的輸出信號進(jìn)行放大處理，后電離室信號放大器13用于對后電離室7的輸出信號進(jìn)行放大處理，數(shù)據(jù)采集器12用于采集前電離室信號放大器11和后電離室信號放大器13的輸出信號，計算機(jī)14用于控制射頻發(fā)生器10和數(shù)據(jù)采集器12，以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能。

一種原位時間分辨x射線吸收譜的測量方法，包括以下步驟：

①根據(jù)待測x射線吸收譜的波長范圍(λ1,λn)，通過射頻發(fā)生器10將x射線濾波器9出射的光子波長設(shè)置為初始波長λ1；

②通過數(shù)據(jù)采集器12、前電離室信號放大器11和后電離室信號放大器13，利用前電離室5和后電離室7分別同時測量入射x光束穿過待測樣品6前的強(qiáng)度i0和入射x光束穿過待測樣品6后的強(qiáng)度i1，并按照以下公式計算待測樣品6在波長λ1位置處的光吸收系數(shù)μ1；

③通過射頻發(fā)生器10將x射線濾波器9出射的光子波長依次設(shè)置為λ2,λ3…λn-1和λn，在各個波長位置處重復(fù)步驟②，得到各個波長位置處的光吸收系數(shù)和

④根據(jù)光吸收系數(shù)和繪制待測樣品6在波段范圍(λ1,λn)內(nèi)的x射線吸收譜。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。