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X射線熒光光譜分析

閱讀：1146發(fā)布時(shí)間：2010-8-24

X射線熒光光譜分析
　　X射線是一種電磁輻射，其波長(zhǎng)介于紫外線和γ射線之間。它的波長(zhǎng)沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的界限，一般來(lái)說(shuō)是指波長(zhǎng)為0.001-50nm的電磁輻射。對(duì)分析化學(xué)家來(lái)說(shuō)，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(shí)探測(cè)技術(shù)水平的限制，該法并未得到實(shí)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(kāi)始進(jìn)入蓬勃發(fā)展的時(shí)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(shí)，驅(qū)逐一個(gè)內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個(gè)空穴，使整個(gè)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(gè)過(guò)程稱為馳豫過(guò)程。馳豫過(guò)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(shí)，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(gè)次級(jí)光電子，此稱為俄歇效應(yīng)，亦稱次級(jí)光電效應(yīng)或*效應(yīng)，所逐出的次級(jí)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(wú)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(jí)之間的能量差。因此，X射線熒光的能量或波長(zhǎng)是特征性的，與元素有一一對(duì)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(guò)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(jiàn)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(shí)就有能量ΔE釋放出來(lái)，且ΔE=EK-EL，這個(gè)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(zhǎng)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(cè)出熒光X射線的波長(zhǎng),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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