安捷伦液相怎么采集基线（手把手教你使用Athena）

同步辐射吸收光谱 （X-ray Absorption Spectroscopy）是一项常见的结构表征技术，可以提供中心原子的邻近信息，例如配位原子和数量。虽然在网上有很多介绍同步辐射的理论知识，但用于数据处理的软件教程相对较少。今天来跟大家分享下如何使用 Demeter 软件中的 Athena 来处理同步辐射吸收谱数据。

Demeter 软件简短介绍

Demeter 软件是由 Bruce Ravel 教授发布免费数据处理软件，官方地址是：https://bruceravel.github.io/demeter/。在这里可以下载到 Demeter 最新版本。在安装过程中需要注意路径必须为全英文，因为默认路径是 C盘中用户名下的一个子文件夹。如果你的用户名是中文，请换一个路径安装。

安装好后，会有三个软件：Athena，Artemis 和 Hephaestus。其中 Athena 主要功能是对实验数据的处理得到 XANES 和 EXAFS；Artemis 是对 EXAFS 数据进行拟合得到配位数等一系列信息；Hephaestus 是与同步辐射实验相关的数据库。

对于大部分的数据处理，Athena 是最为重要的。除得到并展示 XANES 和 EXAFS 数据以外，还可以进行线性拟合（Linear Combination Fitting）、主成分分析（Principle Component Analysis）等更高阶的数据处理。可以帮助大家从数据中挖掘出更多的信息。

更多常见的 EXAFS数据处理教程放在了B站“担子菌的担担面”账号上，包含但不限于数据拟合，小波变换等等，欢迎有需要的同学观看。

▲图1. Demeter 官方网站，左侧为下载链接。

Athena 界面介绍

打开软件后，可以看到软件在 Main window窗口下大致可以分为左右两区域：左为参数区，右为数据展示区。

在左方的参数设置区域，从上到下分别是：

1. Main window （主窗口）：用于切换不同的数据处理功能；

2. Current Group （当前数据）：包含数据路径，对应的元素 (Element) ，边 (Edge) 和能量移动值 (Energy Shift) 等基本信息；

3. Normalization and background removal parameters （归一化和背景移除参数）：对原始数据的基本处理得到XANES 和 空间图像；

4. Forward Fourier transform parameters （傅里叶变换参数）：从 空间到 空间变换；

5. Back Fourier transform parameters （反傅里叶变换参数）：从 空间到 空间变换；

6. Plotting parameters （画图参数）：对图像展示进行放大或缩小等。

右方空白部分是数据所在的几何位置，右下方用于不同形式的数据展示。

▲图 2. Athena 主界面。

注：以下演示数据来源于 Demeter 官网教程，由 Bruce Ravel 教授提供。下载地址：http://bruceravel.github.io/XAS-Education/。

数据加载

我选用了演示数据包中铁纤矿样品 (Fe_lepidocrocite) 来演示。原始数据数据可以直接用鼠标拖入到 Athena 中空白区域得到加载数据对话框如下：

▲图 3. 加载原始数据界面。

首先我们需要先从实验中知道哪些数据是入射光、透射光还有荧光。左上方选择的是样品谱图。Energy 是 x 轴，y 轴是 μ(E) 通常由两组或两组以上的数据进行简单加减乘除得到。由于各个线站录入数据的格式会有所不同，请大家结合具体情况分析。我以这套数据为例，我们希望得到样品透射谱 (transmission spectrum)，那么会根据公式 ln(入射光I0 /透射光 I1) ，选择分子为 I0，分母为 It 并且勾选上 Natural log。由于这套数据中还有参考谱图 (reference)，在左下方勾选上 import reference channel，勾选上分子为 It，分母为 If。

点击 OK ,三张 Fe_lepidocrocite.(000, 100, 200)原始数据就加载好出现在了右上方的空白区域。通常来说，Athena 软件在加载好数据后就会自动选择参数粗略处理好数据，大部分参数不需要过多改动。

▲图 4. 加载数据后大部分参数 Athena 已经自动给出。

▲图 5. 加载数据后就可以大致看到 E, k, R, q 空间的样子。

能量校正和汇合

点击 Main window 会看到一系列可选功能窗口。进行能量校正，选择 Calibrate data。

▲图 6. 点击 Main Window 出现菜单，选择 Calibrate data。

能量校正的原理是通过校正参考谱图 (Reference) 到正确能量位置来校正样品谱图。所以先选择带 Ref 的谱图，以 deriv(E) 形式展示。点击 select point，用鼠标在图像中取最高峰顶点（黄色十字圈处），点击 Calibrate 就完成了对第一张谱图 (.000) 能量校正。对剩下的 .100 和 .200 数据做同样操作。

▲图 7. Calibrate data 界面。

▲图 8. 利用一阶微分 XANES 来矫正谱图

接着回到 Main window，到右上方数据区域勾选上所有样品数据。点击上方工具栏中的 Merge ，使用 Merge norm(E) 得到由这三张实验数据图共同得到的一张同步辐射吸收图。这么做的主要原因是为了提高数据信噪比。在这里选择 Merge norm (E) 仅仅是基于这一套数据。不同的数据处理方式会略有不同。

▲图 9. 在 Athena 上面工具栏中 Merge 选项的位置。

▲图 10. 点击 Merge norm(E) 后出现新的图，名字为 “merge”。

展示 XANES, k 空间和 R 空间

在 Merge 谱图后，通常我只会对这一张图进行更多参数上的微调，比如 E 的数值还有 k-range, R-range 选择。但就大部分情况而言，数据质量本身不错的情况下，软件自动给出的参数就已经比较合适了。

在 Athena 界面右下方可以选择谱图展示为归一化后的 μ(E)，也就是 XANES 以及 k 空间和 R 空间。点击黄色按钮是只展示我选择某一数据的谱图（蓝色高亮），而紫色按钮是展示所有我勾选上的数据（数据前有方框打勾）。k 的权重也可以通过 Plotting k-weights 选择。在 E, k, R 空间中有不同的展示，以 E 空间为例可以 Plot in energy。里面我可以选择展示原始数据，背景函数 (background)，归一化数据 (normalized) 等等，如果只是想给其他人粗略展示数据，就到 Athena 的图像软件中选择第一个图标 (Copy plot to clipboard) 再直接 Ctrl V 到自己文档里。

对于展示数据的区域选择，第一个方法是可以在右下方里面输入，以 E 空间为例，有 Emin 和 Emax。这是以吸收边能量 E0 为参照，展示 (E0 – Emin, E0 Emax) 区间内的数据。如果想放大到 XANES 区间，就可以改成 Emin -20, Emax 100 等略小的数值，再点击 E 就可以刷新。另一个办法是直接倒图像界面中使用按住鼠标右键不动，拖动鼠标就可以选择一部分先要展示的区域，点击鼠标左键，就可以放大到之前的区域。

▲图 11. 利用右下方 Emin, Emax 调整数据展示区间。

▲图 12. 利用鼠标直接框选想放大的区域。

▲图 13. 点击紫色 k 按键可展示所有的 k 空间数据。

▲图 14. 点击紫色 k 按键可展示所有的 k 空间数据。

保存和输出数据

对数据处理好后，如果我想把数据转到 OriginLab 等作图软件画图时，点击左上方 File，常会用到两种保存数据方式：Save current group as… 和 Save marked group as… 。前者是仅保存蓝色高亮的单独一组数据，后者是保存所有勾选上的数据。根据自己需求可以保存为有 XANES 等不同的数据形式，点击对应的选项即可。

▲图 15. 保存数据的多种选项。

Athena 软件会根据不同的数据形式使用不同的后缀名来命名。例如我想保存这四张勾选上的图为 k 空间，依次选择 File → Save marked groups as → k3χ(k)，跳出保存窗口看到数据会被保存为 .chik3 的文件形式。不用惊慌，可以直接保存后用笔记本 Notepad打开看到所有数据以及备注信息，十分方便。若要加载到 OriginLab 里面，可以删掉所有文本信息只留下数列，拖入 OriginLab 窗口中即可。

▲图 16. 保存为 .chik3 格式，也可以直接在后面改为 .txt 后缀方便打开。

▲图 17. 保存好的文件包含了数据和一些文本信息便于记录。

结语

这一篇只是非常简单地介绍基本功能处理，还有更多有关参数选择的讨论已经发布在 Bilibili 上，搜索“担子菌的担担面”就可以找到我，也欢迎你通过邮件和我交流 (licouplings@gmail.com)。

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