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X射線熒光光譜分析

2010年08月24日 17:39:38人氣:1093來源:北京鴻達(dá)天矩試驗設(shè)備有限公司

X射線熒光光譜分析
  X射線是一種電磁輻射,其波長介于紫外線和γ射線之間。它的波長沒有一個嚴(yán)格的界限,一般來說是指波長為0.001-50nm的電磁輻射。對分析化學(xué)家來說,zui感興趣的波段是0.01-24nm,0.01nm左右是超鈾元素的K系譜線,24nm則是zui輕元素Li的K系譜線。1923年赫維西(Hevesy, G. Von)提出了應(yīng)用X射線熒光光譜進(jìn)行定量分析,但由于受到當(dāng)時探測技術(shù)水平的限制,該法并未得到實際應(yīng)用,直到20世紀(jì)40年代后期,隨著X射線管和分光技術(shù)的改進(jìn),X熒光分析才開始進(jìn)入蓬勃發(fā)展的時期,成為一種極為重要的分析手段。
X射線熒光光譜分析的基本原理
  當(dāng)能量高于原子內(nèi)層電子結(jié)合能的高能X射線與原子發(fā)生碰撞時,驅(qū)逐一個內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個空穴,使整個原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)原子壽命約為10-12-10-14s,然后自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)。這個過程稱為馳豫過程。馳豫過程既可以是非輻射躍遷,也可以是輻射躍遷。當(dāng)較外層的電子躍遷到空穴時,所釋放的能量隨即在原子內(nèi)部被吸收而逐出較外層的另一個次級光電子,此稱為俄歇效應(yīng),亦稱次級光電效應(yīng)或*效應(yīng),所逐出的次級光電子稱為俄歇電子。它的能量是特征的,與入射輻射的能量無關(guān)。當(dāng)較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收,而是以輻射形式放出,便產(chǎn)生X射線熒光,其能量等于兩能級之間的能量差。因此,X射線熒光的能量或波長是特征性的,與元素有一一對應(yīng)的關(guān)系。圖10.1給出了X射線熒光和俄歇電子產(chǎn)生過程示意圖。
  K層電子被逐出后,其空穴可以被外層中任一電子所填充,從而可產(chǎn)生一系列的譜線,稱為K系譜線:由L層躍遷到K層輻射的X射線叫Kα射線,由M層躍遷到K層輻射的X射線叫Kβ射線……。同樣,L層電子被逐出可以產(chǎn)生L系輻射(見圖10.2)。如果入射的X射線使某元素的K層電子激發(fā)成光電子后L層電子躍遷到K層,此時就有能量ΔE釋放出來,且ΔE=EK-EL,這個能量是以X射線形式釋放,產(chǎn)生的就是Kα射線,同樣還可以產(chǎn)生Kβ射線 ,L系射線等。莫斯萊(H.G.Moseley) 發(fā)現(xiàn),熒光X射線的波長λ與元素的原子序數(shù)Z有關(guān),其數(shù)學(xué)關(guān)系如下: λ=K(Z-s)-2 這就是莫斯萊定律,式中K和S是常數(shù),因此,只要測出熒光X射線的波長,就可以知道元素的種類,這就是熒光X射線定性分析的基礎(chǔ)。此外,熒光X射線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有一定的關(guān)系,據(jù)此,可以進(jìn)行元素定量分析。

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