[發明專利]一種小角X射線散射的雙模型擬合方法及系統

有效

• 申請號: 201610535005.3
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN107589136B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 海洋;朱才鎮;付民;趙寧;徐堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;深圳大學
• 主分類號: G01N23/201
• 分類號: G01N23/201
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;張祖萍

本發明提出了一種小角X射線散射的雙模型擬合方法，包括：獲取步驟：獲得被分析對象的散射強度實驗圖譜；建模步驟：根據散射強度實驗圖譜的特征構建雙模型；解析步驟：調整各向同性散射體的散射強度計算公式模型和取向散射體的散射強度計算公式模型中的各可調參數，使得各向同性散射體的散射強度計算公式模型和取向散射體的散射強度計算公式模型相加后得到的計算圖譜與所述散射強度實驗圖譜之差最小，即可解析出各模型的參數。本發明還提出了一種小角X射線散射的雙模型擬合系統。本發明為利用小角X射線散射進行有效觀測材料介觀尺度結構的無損檢測提供了更好的數據支持。

技術領域

本發明屬于小角X射線散射(SAXS)理論計算領域，尤其涉及一種小角X射線散射的雙模型擬合方法及系統。

背景技術

小角X射線散射(SAXS)是探究介觀尺度結構的有效實驗手段，其本質是散射體內一至數百納米范圍內電子密度不均勻引起的散射現象。由于SAXS散射具有制樣簡單，氣相、液相、固相均可測量的特點被廣泛的應用于化學、化工、材料科學、分子生物學、醫藥學、凝聚態物理等多學科的研究中。研究對象包括具有各種納米結構，如液晶、液晶態生物膜的各種相變化、表面活性劑締合結構、生物大分子(蛋白質、核酸等)、自組裝超分子結構、微孔、溶膠分形結構和界面層結構、聚合物溶液、結晶取向聚合物(工業纖維和薄膜)、嵌段離子離聚物的微觀結構等。

SAXS因其可以直接測量體相材料，有較好的粒子統計平均性等特點，在纖維內微觀孔洞結構的測量方面具有顯微電鏡無可比擬的優勢，從而在纖維的微觀結構測量中得到重視和廣泛應用。在纖維材料的SAXS分析中由于其體系內微孔存在取向，從而采用二維散射譜圖擬合的方法進行建模分析。在大量的實驗分析中發現纖維中既有拉伸取向的孔洞，也有未取向的球狀孔洞，選用單個取向的散射體進行計算擬合存在較大的誤差。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種小角X射線散射的雙模型擬合方法及系統，根據散射體的不同散射特性分別建模，為SAXS二維散射圖譜的計算擬合提供更精準的數據。

本發明提出的一種小角X射線散射的雙模型擬合方法，該方法包括下列步驟：

獲取步驟：獲得被分析對象的散射強度實驗圖譜；

建模步驟：根據散射強度實驗圖譜的特征構建雙模型，具體為：所述被分析對象的散射體系具有各向同性散射體和取向散射體這兩種類型的散射體，選取各向同性散射體構建各向同性散射體的散射強度計算公式模型，選取取向散射體構建取向散射體的散射強度計算公式模型；其中，各向同性散射體的散射強度計算公式模型為球狀模型，取向散射體的散射強度計算公式模型為棒狀模型；

解析步驟：調整各向同性散射體的散射強度計算公式模型和取向散射體的散射強度計算公式模型中的各可調參數，使得各向同性散射體的散射強度計算公式模型和取向散射體的散射強度計算公式模型相加后得到的計算圖譜與所述散射強度實驗圖譜之差最小，即可解析出各模型的參數。

進一步地，在建模步驟中，各向同性散射體的散射強度計算公式模型和取向散射體的散射強度計算公式模型均為：

其中，q為散射向量，F_n為第n個散射體的散射振幅，F_n’為第n’個散射體的散射振幅，N為散射體的數量，r_n為第n個散射體的中心，r_n'為第n'個散射體的中心。

進一步地，在所述建模步驟中，設定所述散射體的中心為坐標原點，則所述各向同性散射體和所述取向散射體的散射振幅F(q)的計算公式為：

F(q)＝∫_vρdVe^-iqr (2)

其中，q為散射向量，V為散射體的體積，ρ為散射體的電子密度，r為散射體上任意一點到坐標原點的距離。