X它基于对给定元素和电子壳层的所谓射线吸收边附近的 X 射线衰减系数精细结构的测量。XX 射线吸收光谱通过测量透射和入射 X 射线束强度的比值，或次级粒子（如荧光光子或发射电子）的产额（作为光子能量在某元素吸收边范围内变化的函数）来记录。

在透射中，经过厚度为d、能量相关吸收系数为μ的样品后，X 射线强度I为I=I0−μd)，其中I0XXAS 光谱提供了样品中吸收元素平均环境的信息，通常分为 X 射线吸收近边结构（XANES，在吸收阈值以上约 100 eV 范围内）和扩展 X 射线吸收精细结构（EXAFS，在阈值以上约 1 keV 范围内）。

XANES图2：透射模式XAS测试

XAS它具有元素特异性、非破坏性，且不需要长程有序性。X3 keV。

，实验通常在同步加速器设施中进行。

如高通量和小射线光斑尺寸，能实现空间和时间上的高分辨率。XAS对于这类基于实验室的装置，各种供应商通常都能提供成熟且价格合理的 X 射线源 —— 如X 射线衍射仪中常用的大功率水冷源，或风冷小功率源。

等人综述了同步加速器与实验室中实验的情况。实验室中 XAS 的优势包括：

⃣同步加速器的束流时间分配有限；

⃣研究人员在自己的实验室更容易进行常规分析；

⃣同步加速器设施的安全考虑使得涉及危险物质的实验不受欢迎；

⃣为限时实验安装复杂的样品环境成本高；

⃣在实验室的常规使用也为新用户的实践培训甚至学生的研究目的提供了更多可能性。

（DOI: 10.1107/S1600577519012839）

基于实验室的实验为同步加速器设施的研究提供了明确的补充和有吸引力的替代方案。

XAS荷兰乌得勒支大学化学系无机化学与催化研究组Dr. Nina S. Genz及其合作者CO₂图4：原位下装置的示意图、原理与配置

10.1002/cctc.201801822图5：Operando态装置的示意图、原理与配置

10.1002/anie.202209334理想实验需同时获取 XANES 与 EXAFS 数据，但受时间限制，基于实验室源目前多聚焦测量更快的 XANES；

XANES下面将介绍基于实验室源Operando的实验准备与测量方法的关键步骤。

基于实验室源XAS的实验适用性评估

：XAS同步加速器易实现秒至毫秒级分辨率，而实验室装置一次扫描常需数分钟至数小时，无法追踪快速过程。

等人用铜阳极 X 射线管（9kV、40mA），对含镍溶液（0.25M、0.30M EDTA 溶液，氰化钾浓度不同）进行非原位透射 XANES 测量，单个样品需 1 小时。

XANES（DOI：10.1021/acs.inorgchem.7b02311）

等人用银阳极 X 射线管（20kV、40mA），非原位测量碘化亚铜薄膜（每步计数 100 秒、扫描 2 次）需 100 分钟 / 样品，测量氧化铜薄膜（每步计数 2 秒）需 5 分钟 / 样品；原位研究 248nm 碘化亚铜薄膜 240℃空气退火过程，6。

（DOI：10.1039/D2DT02264H）

铁铜 K 边单次 XANES 扫描 15 分钟（2 次平均共 30 分钟）K需将电压降至、电流 2mA（功率 20W），单次扫描 30 分钟（4 次平均共 2 小时）。

/XANES（DOI：10.1002/anie.202209334）

选择最合适的单色器晶体、测量模式和探测器

01、单色器晶体选择

单色器晶体是实验室装置的核心，用于 X 射线束的单色化与聚焦，其工作基于布拉格定律，从轫致辐射光谱中筛选目标能量射线。

X，核心选择原则优先选布拉格角接近的晶体70-85°晶体材料与取向不同吸收边需匹配不同晶体材料及取向。例如铁的边，Ge (620)（能量分辨率更高）和 Si (531) 是合适选择；若射线源加速电压高于锗的 K 边（11.1 keV），易激发荧光谱线，可能影响工作。

02、实验室XAS装置类型

SBCA图9：用于在不同吸收边进行操作态实验室实验的球面弯曲晶体分析器，放置在自行设计的晶体交换器中的照片（d）。

荧光模式优先用于金属（氧化物、碳化物或硫化物）浓度极低、吸光度阶跃低的稀释样品或薄膜。

适用于吸光度足够的功能材料（样品制备符合步骤、7），无自吸收效应。

04、探测器选择与冷却

位置灵敏型：（基于 Timepix3 芯片）、Modupix、Dectris Mythen/Eiger2 R 500 K；

SDD图0：X（DOI：10.1002/cmtd.202300027）

参考材料选择对XAS数据分析的重要性

需具备已知的化学组成与电子性质，且与研究的功能材料特性相近；XANES常规用体相材料化合物，但负载型金属（氧化物、碳化物或硫化物）纳米颗粒等功能材料，体相参考材料结构对比适用性差。可 “自制” 参考材料（如合成与功能材料纳米颗粒尺寸相同 / 相近的材料），核心性：晶体切角可能存在误差，需在对准时考量，且每个晶体需重复对准，过程需专业技能。

先以激光笔（置于射线源处指向晶体）完成粗略光学对准，再用 X 射线精确对准；可参考 Mortensen 和 Seidler 的对准程序，位置灵敏探测器因能呈现光束形状，对精确对准助力显著。

02、光谱仪准备

需设计适配不同样品环境的样品台、探测器支架等定制部件；建议采用打印制造，可节省维修 / 改造时间、成本低，且能针对特定装置和用途精准设计（市售部件难实现），打印时间依模型从几分钟到数小时/天不等，可灵活安排时间。

光束几何影响样品光子效率及光谱质量，需优化以适配样品几何，目标是最大化样品光子效率（即 X 射线光束与样品重叠面积最大）。

可通过狭缝调整光束尺寸；圆几何结合点 X 射线源与布拉格角≠90° 的 SBCA 时，SBCA 会产生像散误差（类似光学透镜，形成两个垂直分离线像），进而出现三种光束几何形状（两个分别垂直 / 平行于 Rowland 圆的线焦点，及中间的圆形模糊斑，见图 11），需结合样品与探测器的尺寸形状，优化利用焦点以提升操作态实验效率。

X（DOI：10.1002/cmtd.202300027）

Rowland1h然而，且需要置于探测器前方，可考虑优化对准，使样品位于模糊斑（最小模糊圆，图1，2）处。将其直接置于射线源前方，即在白光光束中可能是最佳的，在这种情况下，这样做时，要注意样品荧光辐射可能带来的背景噪声。X另一方面，X1h这种水平线焦点可通过将样品和探测器置于 Rowland 圆外、X 射线光束最清晰线焦点的位置（子午光线的焦点）来实现。

因此，建议首先确定感兴趣的单色器晶体与最佳焦点的距离，随后在测量宏程序中保存探测器或样品的正确位置，以便在操作态运行期间自动设置这些位置。

Rowland选择合适参考材料后，需计算透射实验中其最佳用量，XAS且对实验室和同步加速器实验均有效。

总吸收量一般以为好的起点，理想边跳约为 1.0，若边跳达 1.5 或更高，应减少参考材料质量以避免厚度效应。

（具体可以参考：图1：软件（a），用于计算粉末样品在特定总吸收和给定样品面积下所需参考材料（Fe₂O₃）的量，以及由此产生的边跳变（吸光度阶跃）；还有压制工具（b），即研钵、模具、压片机，用于压制相应的自支撑圆片。

以计算得出的约毫克为例，因所需粉末量少，需用稀释剂（X）混合压制自支撑晶片。经验上，良好的片” 由约 100 毫克包含参考材料和稀释剂的粉末组成。

13需注意氮化硼作稀释剂时晶片脆弱且易粘模具，用纤维素、淀粉或聚乙烯更易操作，且压制晶片耗时，实验准备需考虑。

03、材料安装

：Kapton（便于安装和取下，用于多种参考测量），或直接粘贴无胶带的自支撑晶片（操作需小心），对空气敏感的参考材料在密封在气密样品支架（如设计的气密轮形支架，可装入多个样品，样品置于两层箔间，通过 O 型圈密封，安装在气密轮金属滑块间，螺丝可在取出后密封隔绝空气）。

3a（DOI：10.1002/cmtd.202300027）

04、纯金属箔测量

X本次主要介绍实验室源射线吸收光谱原理、优点及实验实操，涵盖实验适用性评估（明确时间分辨率差距及不同样品测量耗时）、仪器核心配置（单色器晶体选择、测量模式、探测器及冷却，晶体对准与光谱仪准备要点）、参考材料环节（强调其重要性，介绍非原位参考材料用量计算、压片制备、安装方式及纯金属箔能量校准操作）。