仪器分析课件 第5章 X射线光谱法.ppt

第5章X射线光谱法 1895 年, Rontgen W C 发现了 X射线, 1913 年 Moseley H G J 在英国 Manchester 大学奠定了 X 射线光谱分析的基础,在初步进行其用于定性及定量分析的基础研究后,预言了该方法用于痕量分析的可能性。目前, X射线光谱法发展成熟,多用于元素的定性、定量及固体表面薄层成分分析等。而 X射线衍射法( X-ray diffraction analysis , XRD )则广泛用于晶体结构测定。 . X 射线的发射 ; X射线照射以产生二级射线—— X射线荧光; X射线发射; 。在分析测试中,常用的光源为前 3种,第 4种光源虽然质量非常优越,但设备庞大,国内外仅有少数实验室拥有这种设施。 X射线是由高能电子的减速运动或原子内层轨道电子跃迁产生的短波电磁辐射。 X射线的波长在 10 -6~ 10 nm ,在 X射线光谱法中, ~ nm 范围内。 . 基本原理在轰击金属靶的过程中,有的电子在一次碰撞中耗尽其全部能量,有的则在多次碰撞中才丧失全部能量。因为电子数目很大、碰撞是随机的,所以产生了连续的具有不同波长的 X射线,这一段波长的 X光谱即为连续 X射线谱。 . 电子束源产生的连续 X射线在对钼靶进行轰击后产生了两条强的发射线( 和 ),在 ~ nm 还产生了一系列连续谱。在原子序数大于 23的元素中,钼的发射行为很典型:与紫外的发射线相比,钼的 X射线非常简单;它由两个线系组成,短波称为K系,长波称为 L系。下表列举了部分元素的特征 X射线。 . 电子束源产生的特征 X射线元素特征 X射线的波长λ与元素的原子序数 Z有关,其数学关系如下: 特征 X射线是基于电子在原子最内层轨道之间的跃迁所产生的。可分成若干线系( K, L,M,N…),同一线系中的各条谱线是由各个能级上的电子向同一壳层跃迁而产生的。 . 电子束源产生的特征 X射线)(SZK 1???. 电子束源产生的特征 X射线目前在 X射线光谱分析中,特征线的符号系统比较混乱,尚未达到规范化。通常,在一组线系中, α 1线最强。除 K α2比K β1强以外,一般β1为第二条最强线。元素中的各谱线都是用相应的符号来表示的。上述能级图适用于大部分元素,能级差会随原子序数增大而规律性的增大;而核电荷的增加也会提高最低加速电压。特征 X射线的产生,也要符合一定的选择定则。这些定则是: △n≠0 2. 角量子数△ L= ±1 3. 内量子数△ J=±1或0。不符合上述选律的谱线称为禁阻谱线。通常, X射线是放射性衰变过程的产物。γ射线是由核内反应产生的 X射线。许多α和β射线发射过程使原子核处于激发态, 当它回到基态时释放一个或多个γ光量子。电子捕获或 K捕获也能产生 X射线,在此过程中, 一个 K电子(较少情况下,为 L或M电子)被原子核捕获并形成低一个原子序数的元素。 K捕获使电子转移到空轨道,由此产生新生成元素的 X射线光谱。 K捕获过程的半衰期从几分钟至几千年不等。人工放射性同位素为某些分析应用提供了非常简便的单能量辐射源。最常用的是 55 Fe,它进行 K捕获反应的半衰期为 : 55 Fe → 54 Mn + hν . 放射源产生的 X射线 . X 射线的吸收 . 基本原理和概念 X射线照射固体物质时,一部分透过晶体,产生热能;一部分用于产生散射、衍射和次级 X射线( X荧光) 等;还有一部分将其能量转移给晶体中的电子。因此, 用X射线照射固体后其强度会发生衰减。质量衰减系数μ m (cm 2g -1)对于一般的 X射线,可以认为它的衰减主要是由 X 射线的散射和吸收所引起的,因此可以将质量衰减系数写成μ m =τ m+σ m。 dx I dI??????? . 基本原理和概念质量衰减系数具有加和性,因此μ m =ω Aμ A+ω Bμ B+ω Cμ C+……质量吸收系数是物质的一种特性,对于不同的波长或能量,物质的质量吸收系数也不相同,质量吸收系数与 X射线波长( λ)和物质的原子序数(Z) 大致符合下述经验关系: τ m =K λ 3Z 4 . 吸收过程当吸收过程中伴随内层电子的激发时,情况比较复杂。此时,当波长在某个数值时,质量吸收系数发生突变。