We present a low-cost laboratory X-ray absorption spectrometer that uses a conventional X-ray tube source and bent Johann-type crystal monochromators. The instrument is designed for X-ray absorption spectroscopy studies in the 4–20 keV range which covers most K edges of 3d transition metals and L edges of 5d transition metals and actinides. The energy resolution is typically in the range of 1–5 eV at 10 keV depending on the crystal analyser and the Bragg angle. Measurements can be performed in transmission, fluorescence, and imaging modes. Due to its simple and modular design, the spectrometer can be modified to accommodate additional equipment and complex sample environments required for in situ studies. A showcase of various applications is presented.

1.
L. V.
Azároff
,
Elements of X-Ray Crystallography
(
McGraw-Hill Book Company
,
1968
), International Student Edition.
2.
G. S.
Knapp
,
H.
Chen
, and
T. E.
Klippert
,
Rev. Sci. Instrum.
49
,
1658
(
1978
).
3.
A. A.
Bahgat
and
K. D.
Gupta
,
Rev. Sci. Instrum.
50
,
1020
(
1979
).
4.
D. E.
Sayers
,
E. A.
Stern
, and
F. W.
Lytle
,
Phys. Rev. Lett.
27
,
1204
(
1971
).
5.
H.
Winick
,
Synchrotron Radiation Sources—A Primer
(
World Scientific
,
1995
).
6.
G. G.
Cohen
,
D. A.
Fischer
,
J.
Colbert
, and
N. J.
Shevchik
,
Rev. Sci. Instrum.
51
,
273
(
1980
).
7.
P.
Georgopoulos
and
G. S.
Knapp
,
J. Appl. Crystallogr.
14
,
3
(
1981
).
8.
A.
Williams
,
Rev. Sci. Instrum.
54
,
193
(
1983
).
9.
W.
Thulke
,
R.
Haensel
, and
P.
Rabe
,
Rev. Sci. Instrum.
54
,
277
(
1983
).
10.
K.
Tohji
,
Y.
Udagawa
,
T.
Kawasaki
, and
K.
Masuda
,
Rev. Sci. Instrum.
54
,
1482
(
1983
).
11.
Y. N.
Yuryev
,
H.-J.
Lee
,
H.-M.
Park
,
Y.-K.
Cho
,
M.-K.
Lee
, and
K. J.
Pogrebitsky
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
025108
(
2007
).
12.
M.
Szlachetko
,
M.
Berset
,
J.-C.
Dousse
,
J.
Hoszowska
, and
J.
Szlachetko
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
093104
(
2013
).
13.
G. T.
Seidler
,
D. R.
Mortensen
,
A. J.
Remesnik
,
J. I.
Pacold
,
N. A.
Ball
,
N.
Barry
,
M.
Styczinski
, and
O. R.
Hoidn
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
113906
(
2014
).
14.
C.
Schlesiger
,
L.
Anklamm
,
H.
Stiel
,
W.
Malzer
, and
B.
Kanngießer
,
J. Anal. At. Spectrom.
30
,
1080
(
2015
).
15.
G.
Seidler
,
D.
Mortensen
,
A.
Ditter
,
N.
Ball
, and
A.
Remesnik
,
J. Phys.: Conf. Ser.
712
,
012015
(
2016
).
16.
Z.
Németh
,
J.
Szlachetko
,
É. G.
Bajnóczi
, and
G.
Vankó
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
103105
(
2016
).
17.
U.
Bergmann
and
S. P.
Cramer
,
Proc. SPIE
3448
,
198
(
1998
).
18.
E.
Collart
,
A.
Shukla
,
F.
Gélébart
,
M.
Morand
,
C.
Malgrange
,
N.
Bardou
,
A.
Madouri
, and
J.-L.
Pelouard
,
J. Synchrotron Radiat.
12
,
473
(
2005
).
19.
R.
Verbeni
,
M.
Kocsis
,
S.
Huotari
,
M.
Krisch
,
G.
Monaco
,
F.
Sette
, and
G.
Vanko
,
J. Phys. Chem. Solids
66
,
2299
(
2005
).
20.
H.
Yavaş
,
E. E.
Alp
,
H.
Sinn
,
A.
Alatas
,
A. H.
Said
,
Y.
Shvyd’ko
,
T.
Toellner
,
R.
Khachatryan
,
S. J.
Billinge
,
M. Z.
Hasan
, and
W.
Sturhahn
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
582
,
149
(
2007
).
21.
R.
Verbeni
,
T.
Pylkkänen
,
S.
Huotari
,
L.
Simonelli
,
G.
Vankó
,
K.
Martel
,
C.
Henriquet
, and
G.
Monaco
,
J. Synchrotron Radiat.
16
,
469
(
2009
).
22.
M.
Rovezzi
,
C.
Lapras
,
A.
Manceau
,
P.
Glatzel
, and
R.
Verbeni
,
Rev. Sci. Instrum.
18
,
013108
(
2017
).
23.
See http://www.crystals.saint-gobain.com/ for Saint-Gobain Crystals; accessed
8 August 2018
.
24.
See http://xrstech.com/ for XRS TECH LLC; accessed
8 August 2018
.
25.
H. H.
Johann
,
Z. Phys.
69
,
185
(
1931
).
26.
S.
Takagi
,
Acta Crystallogr.
15
,
1311
(
1962
).
27.
D.
Taupin
,
Bull. Soc. Fr. Mineral. Cristallogr.
87
,
469
(
1964
).
28.
S.
Takagi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
26
,
1239
(
1969
).
29.
A.-P.
Honkanen
,
R.
Verbeni
,
L.
Simonelli
,
M. M.
Sala
,
G.
Monaco
, and
S.
Huotari
,
J. Synchrotron Radiat.
21
,
104
(
2014
).
30.
A.-P.
Honkanen
,
R.
Verbeni
,
L.
Simonelli
,
M. M.
Sala
,
A.
Al-Zein
,
M.
Krisch
,
G.
Monaco
, and
S.
Huotari
,
J. Synchrotron Radiat.
21
,
762
(
2014
).
31.
S.
Huotari
,
G.
Vankó
,
F.
Albergamo
,
C.
Ponchut
,
H.
Graafsma
,
C.
Henriquet
,
R.
Verbeni
, and
G.
Monaco
,
J. Synchrotron Radiat.
12
,
467
(
2005
).
32.
S.
Huotari
,
F.
Albergamo
,
G.
Vankó
,
R.
Verbeni
, and
G.
Monaco
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
053102
(
2006
).
33.
X.
Llopart
,
R.
Ballabriga
,
M.
Campbell
,
L.
Tlustos
, and
W.
Wong
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
581
,
485
(
2007
).
34.
B.
Ravel
and
M.
Newville
,
J. Synchrotron Radiat.
12
,
537
(
2005
).
35.
R.
Bès
,
T.
Ahopelto
,
A.-P.
Honkanen
,
S.
Huotari
,
G.
Leinders
,
J.
Pakarinen
, and
K.
Kvashnina
,
J. Nucl. Mater.
507
,
50
(
2018
).
36.
W.
Wang
,
L.
Kuai
,
W.
Cao
,
M.
Huttula
,
S.
Ollikkala
,
T.
Ahopelto
,
A.-P.
Honkanen
,
S.
Huotari
,
M.
Yu
, and
B.
Geng
,
Angew. Chem.
129
,
15173
(
2017
).
37.
L.
Kuai
,
E.
Kan
,
W.
Cao
,
M.
Huttula
,
S.
Ollikkala
,
T.
Ahopelto
,
A.-P.
Honkanen
,
S.
Huotari
,
W.
Wang
, and
B.
Geng
,
Nano Energy
43
,
81
(
2018
).
38.
J.
Kim
,
T.
Iivonen
,
J.
Hämäläinen
,
M.
Kemell
,
K.
Meinander
,
K.
Mizohata
,
L.
Wang
,
J.
Räisänen
,
R.
Beranek
,
M.
Leskelä
, and
A.
Devi
,
Chem. Mater.
29
,
5796
(
2017
).
39.
40.
M.
Leskelä
and
M.
Ritala
,
Thin Solid Films
409
,
138
(
2002
).
42.
T.
Schoonjans
,
A.
Brunetti
,
B.
Golosio
,
M. S.
del Rio
,
V. A.
Solé
,
C.
Ferrero
, and
L.
Vincze
,
Spectrochim. Acta, Part B
66
,
776
(
2011
).
44.
F. A.
Lima
,
T. J.
Penfold
,
R. M.
van der Veen
,
M.
Reinhard
,
R.
Abela
,
I.
Tavernelli
,
U.
Rothlisberger
,
M.
Benfatto
,
C. J.
Milne
, and
M.
Chergui
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
1617
(
2014
).
45.
B.
Alies
,
A.
Conte-Daban
,
S.
Sayen
,
F.
Collin
,
I.
Kieffer
,
E.
Guillon
,
P.
Faller
, and
C.
Hureau
,
Inorg. Chem.
55
,
10499
(
2016
).
46.
E.
Lombi
,
K. G.
Scheckel
,
J.
Pallon
,
A. M.
Carey
,
Y. G.
Zhu
, and
A. A.
Meharg
,
New Phytol.
184
,
193
(
2009
).
47.
S.
Misra
,
D.
Peak
, and
S.
Niyogi
,
Metallomics
2
,
710
(
2010
).
48.
M.
Lusa
,
J.
Lehto
,
H.
Aromaa
,
J.
Knuutinen
, and
M.
Bomberg
,
J. Environ. Sci.
44
,
26
(
2016
).
49.
M.
Lusa
,
J.
Knuutinen
, and
M.
Bomberg
,
AIMS Microbiol.
3
,
798
(
2017
).
50.
M.
Lusa
 et al, “
Bacterial selenium oxyanion reduction – effects on bacteria-plant interactions
” (unpublished).
51.
J. G.
Moya-Cancino
,
A.-P.
Honkanen
,
A. M. J.
van der Eerden
,
H.
Schaink
,
L.
Folkertsma
,
M. G.
Kabiri
,
A.
Longo
,
F. M. F.
de Groot
,
F.
Meirer
,
S.
Huotari
, and
B. M.
Weckhuysen
,
ChemCatChem
11
,
1039
(
2019
).
You do not currently have access to this content.