X射线荧光谱基础.ppt

X射线的本质和定义 X射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，具有波、粒二象性。电磁辐射的辐射能是由光子传输的，而光子所取的路径是由波动场引导。X射线这种波、粒二象性，可随不同的实验条件表现出来。显示其波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍射、偏振和相干散射；显示其微粒性有：光电吸收、非相干散射、气体电离和产生闪光等。 X射线的波长范围 X射线的本质和定义 X射线波长范围在0.01~10nm之间，能量为124keV～0.124keV。其短波段与γ射线长波段相重叠，其长波段则与真空紫外的短波段相重叠。 量子理论将X射线看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光子具有的能量为： Ex(keV)=1.23984/λ 依据X射线的波长即可计算出其能量。 X射线光谱 用X射线管辐照样品，是产生荧光X射线光谱的常用方法。X射线管产生的X射线光谱，被称作原级X射线谱，它是由连续谱和特征谱组成。 连续光谱 荧光用X射线管和衍射用X射线管是不同的，荧光X射线管焦点很大、且不均匀。小孔(Φ10μm)成象测定表明，对侧窗X射线管而言，荧光X射线管靶面焦点达6×5mm2，发射X射线源形状为对应于灯丝形状的螺旋形。因此样品被激发时，来之于X射线管的光源以其焦斑的各个部分，并以不同出射角，发射出的X射线。 连续谱的特征 每一连续光谱强度分布曲线都存在着短波限λo，λo的大小仅取决于X光管内电子加速电压V，与所加电流i和靶材（原子序数Z）无关。 连续谱的强度变化强烈的受X射线管的加速电压V的影响，当V升高时，其积分强度迅速增大。但均存在最强谱线λmax，λo和λmax具有近似的关系： λmax≈ 3/2?0 λo和λmax取决于加速电压、阳极材料的原子序数和电压波形。 总强度与电压的平方和阳极材料的原子序数成正比。 原级谱强度分布 Kramers推导的理论公式 ?0=CZ/?2(1/?0-1/?) 在多个元素原级谱实验数据基础上拟合了经验公式，如pella和丰梁垣提出的公式。  pella和丰梁垣提出的公式。 特征谱 在元素周期表中各种元素的谱线形成了有规律的排列，并以K，L，M，N，…表示的若干谱系，对于一个给定的元素，各谱系的能量是KLMN… 特征谱 各种元素的同名谱系（如同为K系）激发电位和同名特征光谱的波长，随原子序数的大小而发生变化，与管电压和管电流的大小无关。 对于不同元素的同名谱线，随着原子序数的增加，波长变短。 特征光谱的这些物理现象和特点，由各种元素的原子结构决定的。 原子结构 量子理论表明，在原子中，每个电子绕原子核作轨道运动是由四个量子数决定的。这四个量子数是： 主量子数 主量子数代表电子绕原子序数为Z的原子核运动范围的大小，即轨道半径的大小。n称为主量子数，它给定电子主要能级 。 轨道角动量量子数 在多电子原子中，电子除了作圆周运动外，还可能作径向运动，即向着或离开原子核的运动。它代表轨道的形态和轨道的角动量，使同一主量子数n的电子在能量上有少量变化。轨道的角动量的量子数，以L表示，它的可能值为0到（n-1）间所有整数，L=0对应于圆型轨道。 轨道方向量子数 电子绕原子核运动的角动量只是一个矢量，即它具有本身的方向性。用轨道方向量子数mL来表示轨道在空间可能的取向。它不涉及轨道电子的能量。其值在-L与+L间所有的整数，其中包括0。 自旋量子数 用自旋量子数以表示，用来描述电子的自旋角动量。表示与轨道角动量量子数同向或反向。取值为-1/2或1/2。 选择定则 当一束高能粒子与原子相互作用时，其能量大于或等原子某一轨道电子的结合能时，即可将该轨道电子逐出，形成空穴。在这跃迁过程中，两电子壳层的能量差将以特征X射线逸出原子。这种跃迁必须符合量子力学理论，即在任何跃迁中，初始能级与最终能级的量子数必须遵守下面的选择定则： Δn≥1 ΔL≥±1 ΔJ≥±1或0 K和L系特征X射线部分能级图 元素Ba的K和L系部分特征X射线 莫塞莱(Moseley)定律 它表明同名特征X射线谱的频率的平方根与原子序数成正比，即: (1/?)1/2=Q(Z-?) Q为常数。 §1.3 莫塞莱定律图示