第六章X-射线荧光光谱分析-1.ppt

布拉格衍射公式有二个重要的应用： ① 用已知波长(λ)的X射线来照射晶体样品，测量衍射线的衍射角θ，用布拉格衍射公式计算出晶体的晶面间距d，从而推断样品的结构，这就是X射线衍射结构分析。 ② 让样品中发射出来的特征X射线照射d已知的晶体，测量衍射线的衍射角θ，用布拉格衍射公式计算出样品中发射出来的特征X射线的波长，从波长可以确认样品中所含的元素，这就是波长色散X射线荧光光谱元素分析。 表6—3 X射线衍射分析与X射线荧光光谱分析比较 2dsinθ=nλ d θ λ 分 析 X射线衍射 分析 能被求出 测量 已知 d表示物质结构 用于物质结构分析 X射线荧光 光谱分析 巳 知 测量 能被求出 λ表示元素 用于成分元素分析 * c.要产生K系谱线，必须将原子中K层电子打掉，并且轰击的粒子必须具有比K层电子逸出所作的功WK大。如果轰击粒子是电子，它的加速电压为（V），电子所具有的动能为（eVK），刚好等于K层电子逸出原子所需的能量。则 式中hνk为高速电子能量全部转化为X射线光子的能量，VK为激发K系X射线所需施加的最低电压，称为临界激发电压。 也就是说要激发K系X射线，加速电子所需电压V必须大于等于VK，否则是激发不出K系X射线的，λK称为激发限波长。 ∴ (伏) (6—9) 同样，有一个L系临界激发电压VL。要激发L系X射线，加速电子所需电压V必须大于等于VL。由于原子内部电子愈靠近原子核，与核联系愈紧密，因此激发K系X射线的电子所需的加速电压要比L系高，同样L系比M系高。 对于同是K层电子，当Z愈大，则原子核对K层电子联系也愈紧密，激发K系X射线的电子所需的加速电压也愈高，L、M系也是一样。 特征X射线的强度与激发它的高能电子束的电流i和加速电压V有关，对于K系谱线的强度IK为： 式中C为常数，n也是常数，n≈l.5～1.7，VK为临界激发电压，一般V是VK的3～5倍。 (6—10) 使物质产生特征X射线光谱的方法除了用高能带电粒子轰击外，还有很多其它方法，见图（6－2） (A) 初级（电子）激发； （B）二次（X射线或γ射线）激发； （C）γ内转换； （D）β内转换； （E）轨道电子俘获。 图6—2(a) 特征X射线光谱产生方式 图6—2(b) 特征X射线光谱产生方式 d. Mosely定律 1913年英国物理学家Mosely 首先发现，特征X射线的波长(或能量)与原子序数（Z）有关，并且随着元素的原子序数的增加，特征X射线有规律地向波长变短方向移动，根据这一规律建立了Mosely定律：即元素的X射线特征波长倒数的平方根与原子序数成正比。 式中R为里德伯常数(R=1.097×107m-1)，a、K、b为常数随不同的谱系而确定，在Kα系谱线中b=1，K=3／4，在Lα系谱线中b=7.4、K=5／36。 Mosely定律揭示了特征X射线波长与元素的原子序数的确定关系，奠定了X射线光谱定性分析的基础。 (6—11) 6.1.2 俄歇效应、荧光产额 当原子内层电子层出现空位，外层电子跃迁填充时多余的能量可以特征X射线放出，但是这种能量也可以改变原子本身的电子分布，从而在该原子内自己导致由外层射出一个或多个电子，这种现象叫做俄歇效应，由外层射出的电子称为俄歇电子。 俄歇效应的一个重要结果是：由于一部分高能粒子被原子吸收后产生俄歇电子，从而使原子中产生的特征X射线实际数目要比原子内层电子层出现空位数少。 因此，原子中某一内层q出现一个电子空位后产生相应的q系X射线荧光的几率，叫做荧光产额，用符号Wq表示，显然Wq1。 所谓K系荧光产额就是单位时间内发出的所有K系谱线的光子数NK与同时间内产生的K层电子空位数N之比。 即 (6—12) 6.1.3 X射线的吸收 X射线照射到物体上，一部分被物体散射，一部分被物体吸收，一部分透过物体。 1)质量吸收系数：一束X射线原来的强度为I0，通过一厚度为t的物体后，由于物体的吸收和散射使强度衰减为I，强度的衰减dI与入射X射线的强度I和物体的厚度dt成正比，其关系式为： dI= -μlIdt (6－15) 式中比例常数μl叫做线性衰减系数，它是由物体的密度和入射线的波长所决定。将(6—15)式积分后得： 式中I为通过厚