X線吸収微細構造解析(XAFS)
XAFS;X-ray Absorption Fine Structure

概要

X線吸収微細構造;XAFS(X-ray Absorption Fine Structure)はX線吸収分光の一種で、試料のX線吸収スペクトル(XAFSスペクトル)を測定・解析する事で、価数や局所構造を元素選択的に評価できる分析手法です。

XAFS測定と解析

  • 測定原理

    XAFSスペクトルを得るには、試料に照射するX線のエネルギーを、測定元素の吸収端前後で連続的にスキャンしながらX線吸収量(μt)を測定します。そのため、測定には高輝度な連続X線が使用可能な放射光を用います(Photon Factory、あいちSRセンター、SPring-8等)。

    ※吸収端:元素(電子の軌道)に固有のエネルギー。吸収スペクトルの立ち上がり部分に相当。

  • XAFS測定と解析
    X線吸収量(μt)の測定(透過法)
  • XAFSスペクトル解析

    XAFSスペクトルのうち、吸収端近傍の領域(XANES)を解析する事で、電子状態(価数や化学結合)の解析ができます。また、高エネルギー側の領域(EXAFS)を解析する事で、局所構造(原子間距離、配位数)に関する情報が得られます。

  • XAFSスペクトル解析で分かる事
    XAFSスペクトル解析で分かる事

特徴

  • 電子状態(価数)と局所構造(配位数、原子間距離)を同時に評価する事で、化学結合状態の精密解析が可能です。
  • XAFSスペクトルの測定手法を選択する事により、微量元素の価数評価や、表面構造の解析が可能です。
    (例:微量添加元素の価数評価、触媒反応表面の構造解析など)
  • 材料の状態や環境を問わず分析が可能です。
    (例:非晶質の構造解析、溶液中の元素価数評価、スラリー等の真空中に置けない試料の価数評価など)。
  • 試料雰囲気制御下での測定(in situ, operand)や、マッピング測定(STXM等)が可能です。

表:XAFSの測定手法と特徴

測定手法 用途 試料形態 検出深さ
透過法 平均情報取得 粉末、箔、液体、気体 試料全体
蛍光法 微量元素、薄膜分析 バルク、薄膜、液体 μmオーダー※
電子収量法 表面状態の分析 バルク、薄膜(要導電性) nmオーダー※

※入射X線のエネルギーに依存し変化します。

評価事例

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