基于透射 X 射線吸收成像原理的軟 X 射線顯微成像技術(shù)，能夠在納米尺度的空間分辨率上獲得材料的三維圖像信息，實(shí)現(xiàn)樣品的無損觀測(cè)。軟 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜分析能夠獲取樣品內(nèi)在元素價(jià)態(tài)及分子結(jié)構(gòu)的變化信息。兩種技術(shù)相結(jié)合的軟 X 射線原位成像和光譜分析已成功在同步輻射光源上得以驗(yàn)證，并在納米尺度上觀測(cè)到土壤有機(jī)質(zhì)和生物體細(xì)胞內(nèi)碳元素種類的異質(zhì)性分布。但同步輻射測(cè)試機(jī)時(shí)緊張，往往跟不上科研需求，極大地限制了這類表征技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

鑒于此，德國(guó) HP Spectroscopy 公司推出了實(shí)驗(yàn)室軟 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜儀和顯微成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用雙光路設(shè)計(jì)，核心是激光驅(qū)動(dòng)氣體等離子體產(chǎn)生的 XUV 光源，能夠同時(shí)滿足水窗波段的軟 X 射線顯微和高分辨率的 NEXAFS 表征。

圖1. 激光驅(qū)動(dòng)等離子體 XUV 光源系統(tǒng)

得益于水分子對(duì)水窗波段的軟 X 射線的高透性，利用該系統(tǒng)可以原位觀測(cè)一種耐輻照球菌和囊裸藻類生物的活體顯微結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。從顯微圖像可以看出，受限于生物樣品的厚度，雖然這些生物體內(nèi)部更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息難以被觀測(cè)到，但生物體的邊界輪廓非常清晰。

圖2. 一種耐輻照球菌（DSM no. 20539）（左）和囊裸藻類生物（SAG 1283-11）（右）的軟 X 射線顯微成像圖，曝光時(shí)間分別為 5 min 和 60 min

與此同時(shí)，利用軟 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜的元素的特異性及局域環(huán)境的敏感性，通過原位探測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變化，能夠讓我們從生命活動(dòng)的產(chǎn)物在土壤中的滯留狀態(tài)及這種狀態(tài)與土壤中生命的關(guān)系重新審視土壤有機(jī)質(zhì)的本質(zhì)。例如，NEXAFS 光譜中脂肪族 C 峰強(qiáng)度的增加可能與根系沉積物的滯留有關(guān)等。

圖3 聚酰亞胺、腐植酸、富里酸和淋溶土的碳 K 邊 NEXAFS 譜圖（左）和幾類有機(jī)質(zhì)的碳 K 邊 NEXAFS 譜圖，單個(gè)光譜采集時(shí)間為2.5 min

德國(guó) HP Spectroscopy 公司采用的激光驅(qū)動(dòng)等離子體產(chǎn)生 XUV 光，無固體碎屑產(chǎn)生，可滿足 1-6nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜分析及多個(gè)特征波長(zhǎng)的單色 XUV 光發(fā)射。像差校平場(chǎng)光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)最高 400 eV 帶寬的攝譜范圍，元素吸收邊覆蓋 C、N、O 等輕元素的 K 邊及 Ti、V、Mn 等過渡金屬元素的 L 邊。目前得到的 1-6nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的 NEXAFS 光譜分辨率 ≥1500。

系統(tǒng)主要參數(shù)描述如下

德國(guó) HP Spectroscopy 公司成立于 2012 年，致力于為全球科研及工業(yè)領(lǐng)域的客戶定制最佳 X 射線解決方案，是全球領(lǐng)先的科研儀器供應(yīng)商?，F(xiàn)可提供 5-12keV 的非掃描式桌面 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀 hiXAS，以及200-1200eV 的平場(chǎng)光柵軟 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀 proXAS，產(chǎn)品線還包括 XUV/VUV/X-ray 光譜儀，beamline 產(chǎn)品等。主要團(tuán)隊(duì)由 x 射線、光譜、光柵設(shè)計(jì)、等離子體物理、beamline 等領(lǐng)域的專家組成。長(zhǎng)期與全球領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家維持緊密合作，關(guān)注前沿技術(shù)，保持產(chǎn)品的迭代與創(chuàng)新。

眾星聯(lián)恒作為 HP Spectroscopy 中國(guó)區(qū) XAS 系統(tǒng)授權(quán)總代理商，為中國(guó)客戶提供所有產(chǎn)品的售前咨詢，銷售及售后服務(wù)。我司始終致力于為廣大科研用戶提供專業(yè)的 EUV、X 射線產(chǎn)品及解決方案。如果您有任何問題，歡迎聯(lián)系我們進(jìn)行交流和探討。

參考文獻(xiàn)：

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