軟 X 射線是波長介于 0.1nm 到 10nm 之間的 X 射線，由于在這個能量波段的光子能夠特異性地激發(fā)元素周期表上大多數(shù)元素的原子共振能級，并發(fā)射出特征熒光或俄歇電子，因此，軟 X 射線吸收譜能夠適用的材料研究非常廣泛。

利用軟 X 射線吸收譜進行材料結構及其變化過程研究的一個非常重要的因素就是它可以在不破壞研究材料結構的前提條件下同時獲得材料近表面和亞表面的結構信息，另一方面，由于軟 X 射線吸收譜對原子的軌道電子結構具有高度的敏感性，可以同時實現(xiàn)研究材料中元素價態(tài)、軌道電子自旋態(tài)以及軌道雜化等信息的探測。

基于這些特點和優(yōu)勢，軟 X 射線吸收譜在材料科學、生物科學、能源科學及環(huán)境科學等多學科及交叉學科領域復雜體系材料結構表征中發(fā)揮了非常重要的作用，為重大科學問題的研究提供了重要的實驗數(shù)據(jù)支持。

傳統(tǒng)光譜表征技術（像 UV-Vsi、FT-IR 等）受激發(fā)波長的限制，其對材料結構的表征往往止步于分子層面。軟 X 射線吸收譜能夠以亞原子的分辨能力，通過選擇性地激發(fā)原子芯能級軌道電子，實現(xiàn)對同一元素在不同環(huán)境條件下的鍵荷分析。

這里以輻照前后的 PET 聚合物的結構表征為例，通過特征元素吸收邊附近的能量激發(fā)，可以獲得材料在二維圖像上的元素分布信息和特征元素原子與周圍原子的軌道雜化信息，繼而解決了傳統(tǒng)光譜表征技術對材料結構分析的局限。

在能源催化領域，軟 X 射線吸收譜能夠定性和定量地解析催化劑材料中的活性官能團，為催化劑材料的構效關系建立提供必要的數(shù)據(jù)支撐。在這篇文章的工作中，倫敦大學 Parkin 教授的研究團隊利用 SiO₂ 作為模板制備了氧官能團修飾的多孔碳催化劑，通過 C 和 O 的 K 邊吸收譜，精確地揭示了催化劑材料中氧官能團的軌道電子結構在不同退火溫度條件下的可控變化，并結合電化學分析，為醌基官能團在雙電子氧還原制備 H₂O₂ 中的優(yōu)越性提供了重要的實驗證據(jù)。

在能源電池領域，軟 X 射線吸收譜對解析正極材料中陰離子的電荷補償行為同樣表現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的觀點認為，鋰電池材料中鋰的脫嵌過程只涉及金屬離子得失電子，因而金屬離子中可轉移的電子總數(shù)決定了正極材料的理論電容。但在這篇文章的工作中，東京大學 Mizokawa 教授小組通過 O 的 K 邊和 Co 的 L 邊吸收譜同時研究了 Li_xCoO₂ 正極材料在不同脫鋰狀態(tài)下的軌道電子結構變化。結果發(fā)現(xiàn)，不僅 Co 離子在這個過程中發(fā)生了氧化還原反應，O 陰離子同樣也參與了這個反應過程。更有意思的是在 0° 和 60° 的不同入射角度條件下的 O 的 K 邊吸收譜表征結果表明，材料在脫鋰狀態(tài)下的 Co-3d 和 O-2p 軌道雜化表現(xiàn)出明顯的各向異性，從微觀層面上揭示了 Li_xCoO₂ 正極材料在充放電過程中具有良好導電性的根本原因。

在生物科學領域，利用軟 X 射線吸收譜研究土壤和巖石礦物中金屬和有機質的組成結構演化，有利于打破傳統(tǒng)土壤腐殖質學對土壤有機質過程和功能認識的局限，讓我們能夠從生命活動的本質及其代謝產物與礦物的相互作用重新審視土壤和巖石礦物與生命耦合的協(xié)同關系。

此外，基于水窗波段的軟 X 射線對水分子的高透性，軟 X 射線吸收譜能夠實現(xiàn)生物膜上不同磷脂分子層的結構表征，對針對性地設計和研發(fā)生物體的靶向納米藥物具有重要的指導意義。

在生命醫(yī)療領域，從亞細胞水平研究人體骨組織的結構和病理機制，有利于骨關節(jié)炎的前期診斷和治療。在這篇文章的工作中，圣彼得堡國立大學的 Sakhonenkov 教授團隊通過 Ca 的 L 邊和 O 的 K 邊吸收譜研究了正常骨組織與受損骨組織中羥基磷灰石的結構差異。發(fā)現(xiàn)骨質的硬化過程伴隨著新的氧價態(tài)的生成和 Ca-O、磷酸鍵的增加，這不僅讓我們對骨關節(jié)炎發(fā)生過程中骨組織的微觀結構變化有了新的認識，同時也為骨關節(jié)炎的前期診斷和治療提供了新的思路。

總的來說，軟 X 射線吸收譜在多學科領域復雜體系的材料結構表征中扮演了非常重要的角色，且隨著 X 射線顯微技術的發(fā)展，STXM-NEXAFS 技術聯(lián)用為材料結構的多尺度高分辨表征提供了可能。

但相比于硬 X 射線吸收譜而言，由于軟 X 射線本身在材料中的強吸收效應，要在常規(guī)實驗室條件下實現(xiàn)軟 X 射線吸收譜表征，其難度非常之高。不僅要求高的真空操作環(huán)境，高亮的軟 X 射線發(fā)射光源，同時要求各光學組件對射線的吸收也要小。因此，目前軟 X 射線吸收譜表征主要還是依賴同步輻射光源。但矛盾的是，同步輻射光源的機時緊張，很難滿足日益增長的科學研究需求。

近年來，隨著實驗室 LPP、DPP 等軟 X 射線光源及高精度光學組件（例如反射式波帶片、平場光柵等）的開發(fā)，基于激光驅動等離子體光源的軟 X 射線吸收譜儀系統(tǒng)也逐漸發(fā)展成熟，并成功應用到多學科領域的材料結構表征。其中，基于平場光柵幾何的軟 X 射線吸收譜儀系統(tǒng)以其緊湊的結構設計、寬的攝譜范圍以及高的光譜分辨率脫穎而出，并成功實現(xiàn)了商業(yè)化應用，基本能夠滿足實驗室軟 X 射線吸收譜表征的需求。

由德國 HP Spectroscopy 公司推出的實驗室軟 X 射線吸收譜，尤其適用于薄膜材料的結構表征。同時我們也可以提供針對 5-12 keV 能量波段的實驗室硬 X 射線吸收譜，希望能夠給相關老師和研究人員在科學研究中提供幫助。

德國 HP Spectroscopy 公司成立于 2012 年，致力于為全球科研及工業(yè)領域的客戶定制最佳 X 射線解決方案，是全球領先的科研儀器供應商?，F(xiàn)可提供 5-12keV 的非掃描式桌面 X 射線吸收精細結構譜儀 hiXAS，以及200-1200eV 的平場光柵軟 X 射線吸收精細結構譜儀 proXAS，產品線還包括 XUV/VUV/X-ray 光譜儀，beamline 產品等。主要團隊由 x 射線、光譜、光柵設計、等離子體物理、beamline 等領域的專家組成。長期與全球領先的研究機構的科學家維持緊密合作，關注前沿技術，保持產品的迭代與創(chuàng)新。

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

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