来源:生化环材前沿
Artemis对XAFS数据拟合是重点也是难点,通过拟合可以得到配位数N、原子间距离R、无序度s2、振幅衰减因子𝑆02、能量原点的位移ΔE0等结构参数。本次介绍内容包含四部分:
1、利用Artemis程序进行EXAFS拟合的一般步骤
Artemis: the goddess of the hunt, an apt metaphor doing EXAFS analysis.
➢输入文件为不加权的EXAFS振荡函数χ(k);
➢Artemis本身不能进行EXAFS的原始数据处理(如背景扣除等) ;
➢基于FEFF计算的理论散射振幅和相移,对EXAFS数据进行最小二乘法非线性拟合(很容易局部最小,适当人为干预是必要的);
➢基本功能相当于原来UWXAFS软件包的FEFFIT程序(M. Newville),后来Bruce加入了图像用户界面(GUI);
➢内嵌有Atoms和FEFF6这2个子程序,但不包括FEFF8及更高版本。
2、Artemis拟合的基本流程
3、Artemis数据拟合基本操作
本次演示以Cu foil单壳层拟合为例
1. File →Import → χ (k)data,打开已经得到的χ (k)函数,加权,设定拟合参数。双击打开Artemis,会出现以下三个窗口。
2. 导入数据(由于上次已经使用Athena进行了数据预处理,并且保存为了.prj格式(XANES谱基本原理及分析基础),所以这里可直接将数据拖到实验数据栏中,选中要拟合的数据再点击lmport selected data)。
3、数据导入后总共会出现下列窗口:实验数据、FEFF计算、做图控制窗口、做图窗口、拟合窗口、还有一个最小化的后台运行窗口。
4、接下来需要导入晶体文件了,这里我是使用的Crystallography Open Database(COD)晶体库,也可以使用Materialsproject晶体库。
5、导入晶体文件,利用Atoms模块计算原子坐标。Feff calculation→Add,打开已保存的cif文件,或者拖拽cif文件到Fef calculation 窗口再松开,或者点击“Insert crystal data or a feff.inp file”,或者根据已知的晶体结构,手工输入atoms.inp文件。
6、利用得到的feff.inp,进行FEFF计算得到散射路径。
7、选择Reff和待拟合的峰位置匹配(比峰位置长约0.3~0.5Å)的FEFF路径,将之拖拽到Path list。
8、设置待拟合参数。注意GDS窗口里出现的参数,必须和FEFF路径里用到的参数一一对应,否则会出错。
9、查看曲线吻合情况,一般拟合范围为Δk~3-20Å-1, ΔR~1.0-3.0 Å。
10、查看数据报告。
4、拟合结果合理性判断(需要经验)
带有强烈主观色彩,因不同体系而异,但也仍然存在一些客观判据,如:
➢△E0应该在-10到+10 eV的范围,过大则不合理(其误差往往很大,误差不应作为判据)。
➢同一样品中不同路径的△E0应相差不大,同一系列样品中同一种配位的△E0应接近。
➢实际拟合中,σ2合理范围为:常温下金属M—O键应该在0.0025Å2及以上;M—S键应该在0.003 Å2及以上;M—M键应该不小于其对应的foil值;同种配位更远壳层的σ2应该会大于最近邻位。
➢混合物相中,配位数是加权平均后的结果,拟合得到的配位数并不等于实际的周围原子个数。
➢待拟合参数大于独立点数Nidp=R×(2△R×△k)/π。
注:曲线吻合好,不代表拟合就一定可靠,必须同时得到的参数是合理的。
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