概述X射線熒光光譜儀X射線的產(chǎn)生
根據(jù)經(jīng)典電磁理論,運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生改變時(shí)會(huì)向外輻射電磁波。實(shí)驗(yàn)室中常用的X射線源便是利用這一原理產(chǎn)生的:利用被高壓加速的電子轟擊金屬靶,電子被金屬靶所減速,便向外輻射X射線。這些X射線中既包含了連續(xù)譜線,也包括了特征譜線。
1、連續(xù)譜線
連續(xù)光譜是由高能的帶電粒子撞擊金屬靶面時(shí)受到靶原子核的庫(kù)侖力作用,突然改變速度而產(chǎn)生的電磁輻射(如圖1)。由于在撞擊時(shí),有的帶電粒子在一次碰撞中損失全部能量,有的帶電粒子同靶發(fā)生多次碰撞逐步損失其能量,直到完全喪失為止,因而產(chǎn)生的波長(zhǎng)是具有連續(xù)分布的電磁波。因此,它也稱(chēng)為韌致輻射、白色X射線或多色X射線。
2、特征譜線(光電效應(yīng)):
特征譜線的產(chǎn)生則是基于不同的機(jī)理:
a)入射X射線轟擊原子的內(nèi)層電子,如果能量大于它的吸收邊,該內(nèi)層電子被驅(qū)逐出整個(gè)原子(整個(gè)原子處于高能態(tài),即激發(fā)態(tài))。
b)較高能級(jí)的電子躍遷,補(bǔ)充空穴,整個(gè)原子回到低能態(tài),即基態(tài)。
c)由高能態(tài)轉(zhuǎn)化為低能態(tài),釋放能量。ΔE=Eh-El
d) 能量如果以X射線的形式釋放,則會(huì)產(chǎn)生X射線熒光。
特征譜線:每一個(gè)軌道上的電子能量是一定的,因此電子躍遷產(chǎn)生的能量差是一定的,釋放的X射線的能量也是一定的,而這個(gè)特定的能量與元素種類(lèi)有關(guān),即每個(gè)元素都有其特征譜線。
3、特征譜線系
特征光譜分為K、L、M…等譜系。
原子內(nèi)K層電子被激發(fā),外層電子躍遷到K層輻射出的X射線稱(chēng)為K系特征X射線;L層電子被激發(fā),外層電子躍遷到L層輻射出的X射線稱(chēng)為L(zhǎng)系特征X射線;……。
由于原子內(nèi)層出現(xiàn)空時(shí),電子可以從不同的外層躍遷到內(nèi)層,輻射X射線的波長(zhǎng)(或能量)是不一樣的,所以每一個(gè)譜系又由若干譜線所組成。例如K系中有Kα1、Kα2、Kβ1……等譜線
4、譜線相對(duì)強(qiáng)度
譜線相對(duì)強(qiáng)度是指在一特定譜線系中各譜線的強(qiáng)度比。例如Kα1/Kα2或Kβ/Kα等K系譜線的相對(duì)強(qiáng)度。
5、熒光產(chǎn)額
并非所有原子解激發(fā)的過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生特征X射線,有些會(huì)產(chǎn)生俄歇電子。激發(fā)態(tài)原子回到基態(tài)時(shí)發(fā)射X射線熒光的幾率被稱(chēng)為熒光產(chǎn)額。
熒光產(chǎn)額(ω)定義為在某一能級(jí)譜系下單位時(shí)間內(nèi)從受激原子有效發(fā)射出的X射線熒光光子數(shù)(nK)與被激發(fā)的原子數(shù)(NK)之比。對(duì)K系譜線,有:
幾種元素的熒光產(chǎn)額(ω)列于表1中。原子序數(shù)越大,熒光產(chǎn)額越高。對(duì)輕元素,熒光產(chǎn)額很低,這也是利用XRF分析輕元素比較困難的主要原因之一。