[发明专利]一种小角X射线散射的双模型拟合方法及系统

说明书

本发明提出了一种小角X射线散射的双模型拟合方法，包括：获取步骤：获得被分析对象的散射强度实验图谱；建模步骤：根据散射强度实验图谱的特征构建双模型；解析步骤：调整各向同性散射体的散射强度计算公式模型和取向散射体的散射强度计算公式模型中的各可调参数，使得各向同性散射体的散射强度计算公式模型和取向散射体的散射强度计算公式模型相加后得到的计算图谱与所述散射强度实验图谱之差最小，即可解析出各模型的参数。本发明还提出了一种小角X射线散射的双模型拟合系统。本发明为利用小角X射线散射进行有效观测材料介观尺度结构的无损检测提供了更好的数据支持。

技术领域

本发明属于小角X射线散射(SAXS)理论计算领域，尤其涉及一种小角X射线散射的双模型拟合方法及系统。

背景技术

小角X射线散射(SAXS)是探究介观尺度结构的有效实验手段，其本质是散射体内一至数百纳米范围内电子密度不均匀引起的散射现象。由于SAXS散射具有制样简单，气相、液相、固相均可测量的特点被广泛的应用于化学、化工、材料科学、分子生物学、医药学、凝聚态物理等多学科的研究中。研究对象包括具有各种纳米结构，如液晶、液晶态生物膜的各种相变化、表面活性剂缔合结构、生物大分子(蛋白质、核酸等)、自组装超分子结构、微孔、溶胶分形结构和界面层结构、聚合物溶液、结晶取向聚合物(工业纤维和薄膜)、嵌段离子离聚物的微观结构等。

SAXS因其可以直接测量体相材料，有较好的粒子统计平均性等特点，在纤维内微观孔洞结构的测量方面具有显微电镜无可比拟的优势，从而在纤维的微观结构测量中得到重视和广泛应用。在纤维材料的SAXS分析中由于其体系内微孔存在取向，从而采用二维散射谱图拟合的方法进行建模分析。在大量的实验分析中发现纤维中既有拉伸取向的孔洞，也有未取向的球状孔洞，选用单个取向的散射体进行计算拟合存在较大的误差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种小角X射线散射的双模型拟合方法及系统，根据散射体的不同散射特性分别建模，为SAXS二维散射图谱的计算拟合提供更精准的数据。

本发明提出的一种小角X射线散射的双模型拟合方法，该方法包括下列步骤：

获取步骤：获得被分析对象的散射强度实验图谱；

建模步骤：根据散射强度实验图谱的特征构建双模型，具体为：所述被分析对象的散射体系具有各向同性散射体和取向散射体这两种类型的散射体，选取各向同性散射体构建各向同性散射体的散射强度计算公式模型，选取取向散射体构建取向散射体的散射强度计算公式模型；其中，各向同性散射体的散射强度计算公式模型为球状模型，取向散射体的散射强度计算公式模型为棒状模型；

解析步骤：调整各向同性散射体的散射强度计算公式模型和取向散射体的散射强度计算公式模型中的各可调参数，使得各向同性散射体的散射强度计算公式模型和取向散射体的散射强度计算公式模型相加后得到的计算图谱与所述散射强度实验图谱之差最小，即可解析出各模型的参数。

进一步地，在建模步骤中，各向同性散射体的散射强度计算公式模型和取向散射体的散射强度计算公式模型均为：

其中，q为散射向量，F_n为第n个散射体的散射振幅，F_n’为第n’个散射体的散射振幅，N为散射体的数量，r_n为第n个散射体的中心，r_n'为第n'个散射体的中心。

进一步地，在所述建模步骤中，设定所述散射体的中心为坐标原点，则所述各向同性散射体和所述取向散射体的散射振幅F(q)的计算公式为：

F(q)＝∫_vρdVe^-iqr (2)

其中，q为散射向量，V为散射体的体积，ρ为散射体的电子密度，r为散射体上任意一点到坐标原点的距离。