あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

Athena の便利な機能
Athena には XAFS スペクトルを読み込んで表示するだけでなく、データ処理や解析に役立つ様々な機能があります。本資料では、ユーザからの質問が多いものやスタッフが便利だと思った機能について使い方を解説します。また補足として小ネタやトラブルシューティングについても掲載します。

目次（項目をクリックすると、そのページにジャンプします。）
便利な機能
データの並び順を変更する方法 ..................................................................................................................................................... 2
複数データを足し合わせる方法 ..................................................................................................................................................... 2
データの選択時に役立つ操作方法 ................................................................................................................................................. 3
設定パラメータを統一する方法 ..................................................................................................................................................... 4
視覚的にパラメータを設定する方法 ............................................................................................................................................. 7
Glitch を除去する方法...................................................................................................................................................................... 8
測定データのエネルギー範囲をトリミングする方法 ............................................................................................................... 10
Athena 上で測定データを整列する方法 ...................................................................................................................................... 11
未知スペクトルを線形結合フィッティングにより解析する方法 ........................................................................................... 13
スペクトルを積み上げ形式で表示する方法 ............................................................................................................................... 15
データを様々な形式でセーブする方法 ....................................................................................................................................... 18

小ネタ
特定のデータを選択してチェックを付け外しする方法 ........................................................................................................... 23
E0 の様々な設定方法 ..................................................................................................................................................................... 24
スペクトル上でホワイトライン位置を調べる方法 ................................................................................................................... 27

トラブルシューティング
EXAFS 解析が非アクティブになっている時の対処方法 ......................................................................................................... 29
EXAFS 振動の抽出が上手くいっていない時の対処方法 ......................................................................................................... 31
蛍光法データを読み込んだ際にスペクトルが歪んでいる時の対処法 .......................................................................................... 341

あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

データの並び順を変更する方法
Athena [XAS data processing]画面の右欄で、並び替えたいデータをクリックする(データ名が青色の枠で囲まれる)。
(1) 行いたい操作に応じて以下のキーボードを押す。
並び順を一つ上にする → Alt + k
並び順を一つ下にする → Alt + j

Alt + j

複数データを足し合わせる方法(1) Athena [XAS data processing]画面の右欄で、足し合わせたい全てのデータのチェックボックスに チェックを入れる。
(2) 最上段のメニュー欄で「Merge」→「Merge μ(E)」を押す。
（Merge μ(E) は 生データを足し合わせる、 Merge norm(E) は 規格化した後のデータを足し合わせる、という操作をそれぞれ意味する。もしも、規格化の操作をする前にスペクトルの S/N を良くする、という目的でデータの足し合わせを行うならば、Merge μ(E) が適切である。
）

Merge μ(E)によるデータの足し合わせMerge μ(E)の結果

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データの選択時に役立つ操作方法
データ選択ウィンドウの近くに、【A】【U】【I】の 3 つのボタンがあります。A は「All」、U は「Unselect」、I は「Inverse」の略で、それぞれデータ選択に役立つ機能があります。

(1) 【A】を押すと、全てのデータが選択される。

(2) 【U】を押すと、全てのデータの選択が外れる。

(3) 【I】を押すと、選択しているデータが入れ替わる。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者設定パラメータを統一する方法
Athena では規格化やバックグラウンド処理など様々なパラメータを設定しますが、それらのパラメータを簡単な操作で統一することができます。なお、Athena ではデータボックス内の全データのことを「all groups」、チェックが入ったデータのことを「marked groups」と呼んで区別しています。

特定のパラメータのみを統一する方法(例として E0 を示す)
(1) 各項目のところにマウスカーソルを合わせて右クリックするとウィンドウが現れる。

(2) Set all groups to this value of E0 を選ぶと、データボックス内の全データの E0 の値がすべて統一される。

(3) Set marked groups to this value of E0 を選ぶと、データボックス内のチェックが入ったデータの E0 の値がすべて統一される。

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全てのパラメータを統一する方法(1) データボックス内のデータを選んで右クリックするとウィンドウが現れる(2) Set all groups value to the current を選ぶと、データボックス内の全データの設定値がすべて現在選択されているデータの値に統一される。

(3) Set marked groups value to the current を選ぶと、データボックス内のチェックが入ったデータの設定値がすべ

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者て現在選択されているデータの値に統一される。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

視覚的にパラメータを設定する方法
・ ボタンを押してグAthena ではテキストボックスに直接数値を入力する以外にも、テキストボックスの横にある○ラフをクリックすることによってと視覚的にパラメータを設定することができます。
・ ボタンを押す。
(1) 設定したいパラメータの横にある○(2) グラフ上で設定したいところをダブルクリックする。

(3) テキストボックスにグラフ上でクリックした値が反映される。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

Glitch を除去する方法
Deglitch
分光結晶の同時反射や多重反射が原因で I0 シグナル中にスパイク状の構造が現れることがあり、これを glitch と呼びます。通常は I0 に glitch があっても割り切れるため XAFS スペクトルに不連続は生じませんが、サンプルの状態や測定条件等によって下図のような異常点が見られることがあります。この異常点は多くても数点であるのでフーリエ変換後のデータにもほとんど影響を与えませんが、Athena では、deglitch(異常点除去)することができます。

glitch(1) 「Main Window」から、Deglitch and truncate data を選択する。

(2) 「choose a point」をクリックする。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(3) グラフ上の異常点の所にマウスカーソルを合わせてダブルクリックする。

(4) 「Remove point」をクリックする。

(5)

異常点が除去されていることがわかる。

9あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

測定データのエネルギー範囲をトリミングする方法
Truncate Data
測定範囲に複数の元素の吸収端が混じっているようなスペクトルが測定されたときは、解析したい吸収端だけに注目して解析が出来るようにエネルギー範囲をトリミングすることができます。ここでは、Ni と Cu の吸収端が含まれているデータを例にして説明します。
(1) リストから「Deglitch and truncate data」を選択する。

(2) エネルギーの値を入力し、「Truncate data」をクリックすると処理が行われる。Drop points を before にすると入力したエネルギーより低エネルギー側が、after にすると高エネルギー側がトリミングされる。「Truncatemarked」をクリックすると、チェックしたものが一括でトリミングされる。

トリミング前トリミング後10あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

Athena 上で測定データを整列する方法
ビームラインではパルスモーターを使って二結晶分光器の角度を変化させることで X 線を単色化しています。そのため、熱や機械的な要因で角度にズレが生じ、X 線のエネルギーがわずかにシフトしてしまうことがあり、XANES での酸化状態解析等に影響を与える可能性があります。ここでは、I1、I2 イオンチャンバを用いて試料と同時に測定したリファレンスのデータを用いて、エネルギーシフトを修正する方法を説明します。

Align data(1) 「あいち SR 硬 X 線 XAFS ビームライン(BL5S1, BL11S2)で測定したデータの開き方」に従って、測定データと同時にリファレンスのデータを読み込む。
(2) 読み込んだリファレンスデータは、実際のデータの下に一字下げて「Ref 〇〇」と表示される。
ここでは、リファレンスとして Cu-foil を用いている。

(3) 整列したいデータの Ref に全てチェックを入れ、リストから「Align data」を選択する。

(4) Standard に、整列の基準となるデータを選択し、Align marked group ボタンをクリックして整列する。
ここでは、I0, I1 イオンチャンバで測定した Cu-foil を基準として選択している。
右側のデータリストで選択されて青色になっているデータは Standard に選択できないので注意する。

11あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(5) (4)の時、プロットウィンドウに Standard とデータリストで選択されて青色になっているデータを一階微分し+ を Standard の 1 階微分の頂点のたグラフが表示されている。データ整列は、Ref の 1 階微分の頂点の位置○+ に合わせるように行われる。
位置○（明らかに 1 階微分のグラフ形状が異なるデータは整列できない）(6) Ref が整列されるのに連動して、Ref と紐付けされた実際のデータのエネルギーシフトも修正される。

※Energy shift の青色の欄に手動入力してシフトさせることも可能(7) 一度整列が終われば Ref は不要になるため、削除しても構わない。
(8) 稀に自動での整列が上手くいかないことがある。その時は 1 階微分のグラフを見ながら手動の+/-ボタンで値を変化させ、データの整列を行う。

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未知スペクトルを線形結合フィッティングにより解析する方法
Linear Combination Fitting
Athena には、標準物質のスペクトルを用いて線形結合フィッティングを行うことで、未知試料中に含まれている物質の混合比を算出する機能があります。ここでは例として、Cu2O と CuO を任意の割合で混合した試料についての混合比率を算出しています。
(1) 標準物質のスペクトルと、未知スペクトルの測定データを読み込む。
(2) 適切にバックグラウンド除去し、規格化する。
(3) 「Main Window」から、Linear Combination Fitting を選択する。

(4) (i) Standars に Cu2O と CuO を選択する。
(ii) フィッティングを行いたいデータにチェックを入れる。
(iii) Actions の「Fit marked group」をクリックする。

(ii)

(i)

(iii)

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(5) フィッティングによって得られた比率が表示される。今回は Cu2O と CuO を 1:1 の比率で混合したサンプルについてフィッティングを行っており、結果も 1:1 になっていることが分かる。

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スペクトルを積み上げ形式で表示する方法
Stack Plot
Athena でスペクトルをプロットする時、初期設定では下図左のような重ね合わせ形式で表示されますが、見づらい場合には下図右のような積み上げ形式（Stack Plot）で表示させることができます。

(1) 右下にあるリストから「Stack plots」を選択する。

(2) Initial value (基準にする Y 軸の値)と Increment(各スペクトルの Y 軸間隔の値)を入力し、「Apply to marked」をクリックする。ここでは、Initial value を 0、Increment を 3.5 としている。
チェックを入れていないデータには反映されないので注意する。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(3) スペクトルを表示すると、Cu-foil を基準にして、Y 軸方向に+3.5 の間隔で積み上げられた Stack plot になっていることがわかる。

(4) 各スペクトルの Y 軸位置を等間隔ではなく個別に手動で設定したいときには、「Plotting parameter」の y-axis offsetに任意の値を入力する。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(5) Stack plot を Excel 等でのグラフ作成のために数値データとして出力したい場合は、右下のメニューの「Save nextplot to a file」をクリックしてから E, k, R, q 等のいずれかのボタンを押すと、プロットしたスペクトルを.dat 形式の数値データとして保存できる。
※File→Save marked group as…では、Stack plot 等の処理が反映されていないデータしか保存できない。

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データを様々な形式でセーブする方法
Athena では、Athena 上での解析のためのプロジェクトファイル形式や、EXCEL 等でグラフ作成可能なテキスト形式等の様々な形式でデータを出力することができます。ここでは、Athena で使用可能なセーブの方法について説明します。

Save Project
Athena 上での解析のためのプロジェクトファイル形式でデータを保存する方法で、出力先のフォルダには下図のような「.prj」拡張子のファイルが出力されます。

このファイルには、作業を保存した時点で設定されていた E0 や規格化、フーリエ変換のパラメータ等が反映された状態でのデータが保存されています。また、.dat ファイルから読み込んだデータも同時に保存されているため、元の.dat ファイルが無くてもプロジェクトファイル単体でデータを読み込むことが可能です。
(1) 「File」から「Save project」をクリックする。

(2) 現在開いている全てのデータについて、元データと同じディレクトリに「athena.prj」というデフォルト名でプロジェクトファイルが出力される。
(3) ファイル名やディレクトリを任意で設定したいときには、「Save project as…」をクリックして保存する。
「Save marked groups as a project…」は、データウィンドウでチェックされているデータのみをプロジェクトファイルとして出力する。
「Backward compatible project file」にチェックを入れると、旧 ver.の Athena と互換性のあるプロジェクトフ
ァイルを出力する。

18あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(4) 保存したプロジェクトファイルを Athena で読み込むと、下図のようなウィンドウが現れる。「Select all」をクリックして全てのデータを選択、若しくは必要なデータをクリックして選択し、「Import selected data」をクリックするとデータを開くことができる。

Save Group As…
EXCEL 等でグラフ作成可能なテキスト形式でデータを出力する方法について説明します。
(1) 「File」→「Save current group as…」をクリックする。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(2) 表示された(E)、norm(E)、(k)、(R)、(q)から保存したい形式を選ぶ。内訳は以下の通りである。
(E)：規格化されていないxnorm(E)：設定したパラメータに基づいて規格化したx
(k)：設定したパラメータに基づいて抽出した EXAFS 振動
(R)： 設定したパラメータに基づいて行ったフーリエ変換から得られた動径構造関数データ
(q)：設定したパラメータに基づいて行った逆フーリエ変換データそれぞれ、.xmu、.norm、.chik、.chir、.chiq 拡張子のテキストデータとして出力される。

(3) 出力されたデータをワードパッド等で開くと、下図のようにスペースで区切られた数値の列として記録されていることが分かる。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(4) EXCEL にデータをコピー&ペーストして、データタブの「区切り位置指定ウィザード」を使用してスペースの位置でデータ列を区切る。

(1) データの列と行が区切られ、EXCEL 上でグラフの作成が可能なデータとなる。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(2) 「Save marked groups as…」を使用すると、データウィンドウでチェックした複数のデータを 1 つのテキス
ト形式ファイルとして出力できる。
「Save current group as…」よりも細かく出力データの内容を選ぶことができる。
deriv(…):カッコ内のデータについての 1 階微分データを出力する
second(…): カッコ内のデータについての 2 階微分データを出力する
(k)～k3(k)：plotting k-weights が無し～k3 の各場合についての EXAFS 振動を出力する|(…)|：複素数の絶対値についてのデータを出力する
Re[(…)]：複素数の実部についてのデータを出力する
Im[(…)] ：複素数の虚部についてのデータを出力する
Pha[(…)] ：Phase のデータを出力する(3) 「Save each marked groups as…」を使用すると、データウィンドウでチェックした複数のデータごとに別々のテキスト形式データとして出力できる。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

特定のデータを選択してチェックを付け外しする方法(1) 最上段のメニュー欄で「Mark」→「Mark by regexp」を押す。

(2) 「Enter a regular expression」に、チェックしたいデータに含まれる文字列を入れ、OK を押す。

(3) 入力した文字列が含まれるデータのみがチェックされる。

(4) チェックを外したい場合は、「Mark」→「Unmark by regexp」を使用する。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

E0 の様々な設定方法
XAFS 解析を行う上で、吸収端における E0 の決定とそれに基づく光子エネルギー[eV]の波数 k[Å-1]への変換は重要な作業です。E0 の決め方に絶対的な定義はありませんが、吸収端の立ち上がりの変曲点、吸収端前後のエッジステップの中点、ホワイトラインの位置等の様々な方法があり、解析する一連のデータでは決め方を統一することが重要です。ここでは、Athena 上で E0 を設定するための方法について説明します。
(1) 「Energy」→「Set E0 for all groups to…」をクリックし、Ifeffit’s default、the tabulated value、a fraction of the edge
step、the zero of the second derivative、the peak of the white line の中から設定したいものを選択すると、全てのデータの E0 が選択したものに基づいて設定される。内容については以下で解説する。

(2) 「Set E0 for marked groups to…」を使用すると、データウィンドウでチェックを入れたデータについて E0 が設定される。

Ifeffit’s default
Athena 上でデフォルトの設定となっている方法です。データを読み込んだ時に特に操作をしない場合、この方法によって E0 が設定されます。E0 は、下図のように吸収端の立ち上がりの変曲点（スペクトルの 1 階微分が極大となる点）に基づいて決定されます。XAFS の基礎と応用(ISBN: 9784061532953)の p77 では、この方法によってE0 を決めることが多いと紹介されています。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

the tabulated value
吸収端の位置から割り出された元素の種類について、文献で報告されている吸収端エネルギーを E0 として設定する方法です。
文献
1.

J. A. Bearden, “X-Ray Wavelengths,” Rev. Mod. Phys. 39, 78 (1967).

2.

M. O. Krause and J. H. Oliver, “Natural Widths of Atomic K and L Levels, Ka X-Ray Lines and Several KLL Auger Lines,” J. Phys. Chem. Ref. Data 8, 329 (1979).

a fraction of edge step
エッジステップの中点の位置にあるエネルギーを E0 とする方法です。

the zero of the second derivative
スペクトルの 2 階微分が 0 と交わる点に基づいて E0 を設定する方法です。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

the peak of the white line
ホワイトラインのピーク位置に基づいて E0 を設定する方法です。Athena では、スペクトルの 1 階微分について、極大になる位置より高エネルギー側において 0 と交わる最初の点をホワイトラインと定義しています。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

スペクトル上でホワイトライン位置を調べる方法
XANES について議論する際に、ホワイトラインのピーク位置は重要な情報となります。ここでは、スペクトルから実際に目で見て読み取る以外に、ホワイトラインのピーク位置を調べる方法について説明します。

Find white line position(1) データウィンドウでホワイトライン位置を調べたいデータを選択し、「Energy」→「Find white line position…」→「for this group」をクリックする。

(2) スペクトルがプロットされ、下図のようにホワイトライン位置が茶色の線として表示される。
Athena では、スペクトルの 1 階微分について、極大になる位置より高エネルギー側において 0 と交わる最初の点をホワイトラインと定義している。スペクトルの形状によって解析者の考えているホワイトライン位置とは異なる位置である可能性があるため、必ず目で見て確認する。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(3) 「for all groups」を使用すると全てのデータについて、「for marked groups」を使用するとデータウィンドウでチェックを入れたデータについてのホワイトライン位置が、下図のように数値として出力される。

(4) Save ボタンを押すと、テキスト形式で結果を保存することができる。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

EXAFS 解析が非アクティブになっている時の対処方法
Athena でデータを読み込んだ時に、稀に下図のように EXAFS 解析関連のパラメータを入力する領域が非アクティブな状態になっていることがあります。この時に、EXAFS 解析に関係する k ボタン、R ボタン、q ボタンを押しても反応がありません。

この状態の時にウィンドウの一番下にあるステータスバーを見ると、下図のように「xanes data cannot be plotted ink.」若しくは「xanes data cannot be plotted in R.」、「xanes data cannot be plotted in q.」などと表示されています。

この表示は、データが Athena 上では XANES のデータとして読み込まれており、EXAFS 領域が無いものとして認識されていることを示しています。この状態では EXAFS 解析を行うことができないため、データタイプを変更する必要があります。ここでは、2 つの方法について説明します。

Change Data Type(1) データウィンドウ上でデータを右クリックし、「Change data type」を選択する。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(2) 「Change datatype for…」の current group、「Change datatype for…」の(E)にチェックを入れ、OK ボタンを押すと、選択したデータのデータタイプが EXAFS 解析可能な(E)に変更される。

(3) all marked groups を使用すると、データウィンドウでチェックを入れたデータのデータタイプが変更される。
all groups を使用すると、全てのデータのデータタイプが変更される。

データの再読み込み(4) 解析したいデータを Athena に再度インポートする。
(5) 下図のデータ読み込みウィンドウで、Data type が(E)になっていることを確認して OK ボタンを押す。

(6) EXAFS 解析可能なデータタイプ(E)のデータとして Athena に読み込まれる。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

EXAFS 振動の抽出が上手くいっていない時の対処方法
Athena でデータを読み込んだ時、edge step が非常に小さいと下のように EXAFS 振動の抽出が上手くいかないことがあります。

対処方法(1) Spline clamps high のリストをクリックする。

(2) 「Strong」から「None」に変更する。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者(3) k ボタンをクリックし、EXAFS 振動を表示させて確認する。

EXAFS 振動が上手くいっていない理由
Athena では EXAFS 振動を抽出するバックグラウンドを設定する際にスプライン関数を使用していますが、関数の末端では前後のデータが存在しないためスプライン関数が歪んでしまうことがあります。この問題を解決するために、末端部でスプライン関数が μ(E) データに沿うようにする「Spline clamps」処理が行われています。

Spline clamps32あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者
しかし、edge step が小さく EXAFS 振動も小さい時に Spline clamps 処理でスプライン関数を μ(E) データに沿わせてしまうと、かえってスプライン関数が歪んでしまうことがあります。このような時には、前項で説明したように None(Spline clamps 処理をしない)を選択すると、EXAFS 振動が見えてくる場合があります。
Spline clamps high が Strong の場合

Spline clamps

Spline clamps high が None の場合

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

蛍光法データを読み込んだ際にスペクトルが歪んでいる時の対処法
蛍光法で測定したデータを読み込んだ時、測定自体は正しく行われたはずなのに、表示されたスペクトルが下の ZnOFL-NG のように歪んでしまうことがあります。このような時はデータの読み込み手順が誤っていることが疑われます。

対処方法「Athena のインストール方法及びデータの開き方」を見ながら、正しい手順でデータを読み込みなおす。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

スペクトルが歪んで表示されてしまう理由
蛍光法のデータを読み込む際には、Numerator (分子)に蛍光Ｘ線のシグナル、Denominator (分母)に I0 イオンチャンバのシグナルとなるようにチェックを入れ、Natural log にはチェックを入れないようにします。誤って Natural log にチェックを入れてデータを読み込んでしまうと、本来不必要な対数化操作が入ってしまうためスペクトルが歪んでしまいます。

正しい手順でのデータ読込

誤った手順でのデータ読込

誤った手順で読み込んだデータは、下のように正しい手順で読み込んだデータと比べて Edge step がけた違いに大きい特徴があるので、読み込んだ蛍光法のスペクトルがおかしいと感じたら Edge step を確認してください。

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あいちシンクロトロン光センター BL5S1 担当者

更新履歴
2018/04/05

本稿作成

2018/04/20

スペクトルを積み上げ形式で表示する方法 追記

2018/04/25

データの選択時に役立つ操作方法…等 複数項目追記

2018/04/26

光電子のエネルギー原点 E0 の様々な設定方法…等 複数項目追記

2018/07/11

目次の項目分け2018/07/25

EXAFS 振動の抽出が上手くいっていない時の対処方法 追記

2018/08/27

蛍光法データを読み込んだ際にスペクトルが歪んでいる時の対処法 追記36