《仪器分析》课程教学资源（PPT课件）第十五章 X射线光谱与电子能谱分析法 X-ray spectrometry and electron spectroscopy（15.1）X射线和X射线光谱分析

第十五章 一、概述 X射线光谱与电 generalization 子能谱分析法 二、X射线与X射线谱 X-ray spectrometry and X-ray and X-ray spectrum electron spectroscopy 三、X射线的吸收、散射和 第一节 衍射 X射线和X射线 光谱分析 absorption, diffuse and diffraction of X-ray X-ray and X-ray spectrum analysis 下一页 00:26:58

00:26:58 第十五章 X射线光谱与电 子能谱分析法 一、概述 generalization 二、X射线与X射线谱 X-ray and X-ray spectrum 三、X射线的吸收、散射和 衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray 第一节 X射线和X射线 光谱分析 X-ray spectrometry and electron spectroscopy X-ray and X-ray spectrum analysis

、概述 generalIzation Ⅹ-射线:波长0.001~50nm; Ⅹ-射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同; Ⅹ-射线荧光分析 利用元素内层电子跃迁产生的荧光光谱,应用于元素的定 性、定量分析;固体表面薄层成分分析; Ⅹ-射线光谱 X-射线吸收光谱X-射线荧光分析X-射线衍射分析 00:26:58

00:26:58 一、概述 generalization X-射线：波长0.001～50nm； X-射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同； X-射线光谱 X-射线吸收光谱 X-射线荧光分析 X-射线衍射分析 X-射线荧光分析 利用元素内层电子跃迁产生的荧光光谱，应用于元素的定 性、定量分析；固体表面薄层成分分析；

电子能谱分析 利用元素受激发射的内层电子或价电子的能量分布进行 元素的定性、定量分析;固体表面薄层成分分析; 电子能谱分析 X射线光电子能谱紫外光电子能谱 Auger电子能谱 00:26:58

00:26:58 电子能谱分析 电子能谱分析 X-射线光电子能谱 紫外光电子能谱 Auger电子能谱 利用元素受激发射的内层电子或价电子的能量分布进行 元素的定性、定量分析；固体表面薄层成分分析；

共同点 (1)属原子发射光谱的范畴; (2)涉及到元素内层电子 (3)以X-射线为激发源; (4)可用于固体表层或薄层分析 1009080706050403020 Ni Ka Co Ka Ko Fe Ko N2 K Mo Ko Mo WLP, WLp, 1030 图 一种高温合金的X射线荧光光谱 Es/ev 图月球土壤的X射线光电子能谱 00:26:58

00:26:58 共同点 (1) 属原子发射光谱的范畴； (2) 涉及到元素内层电子； (3) 以X-射线为激发源； (4) 可用于固体表层或薄层分析

二、X射线与X射线光谱 X-ray and X-ray spectrum 1.初级X射线的产生 Ⅹ-射线:波长0.001~50nm的电磁波; 0.01~24nm;(超铀k系谱线)~(锂/系谱线) 高速电子撞击阳极(Cu、Cr等重金属):热能(99%)+X射线(1%) 4x射线 高速电子撞 击使阳极元素的水 于热电源 内层电子激发; 阳极 阴极 产生X射线辐射; 高压 X射线管结构示意图 00:26:58

00:26:58 二、X射线与X射线光谱 X-ray and X-ray spectrum 1. 初级X射线的产生 X-射线：波长0.001～50nm的电磁波； 0.01～24 nm ； (超铀K系谱线) ～ (锂K系谱线) 高速电子撞击阳极(Cu、Cr等重金属)：热能(99%)+X射线(1%) 高速电子撞 击使阳极元素的 内层电子激发； 产生X射线辐射；

2.X射线光谱 (1)连续X射线光谱 电子→靶原子,产生连 L=KZiU 续的电磁辐射,连续的X射 (b) 92U 线光谱;成因: 50 mA 50kv 178Pt 大量电子的能量转换是 个随机过程,多次碰撞; 147Ag 阴极发射电子方向差异 ,能量损失随机; Cr 13A1 0.010050.10.15 nm E=eU mo 图X射线管电流电压和靶材的改变对连续光谱的影响 (a)管压、靶材(原子序数Z)固定时,连续光谱强度I∝i (b)管流、靶材(原子序数Z)固定时,连续光谱强度Ⅰ∝U2 (c)管压、管流固定时,连续光谱强度I∝z 00:26:58 页 页

00:26:58 2.X射线光谱 （1） 连续X射线光谱 电子→靶原子，产生连 续的电磁辐射，连续的X射 线光谱；成因： 大量电子的能量转换是 一个随机过程，多次碰撞； 阴极发射电子方向差异 ，能量损失随机； 0 2 1 Ee = eU = m 2 I m = K Z iU

(2)X射线特征光谱 特征光谱产生: 碰撞→跃迁↑(高)→空穴→跃迁↓(低) 特征谱线的频率 E -E ,-"=cR(Z-a) nI R=1.097×107m1, Rydberg常数; U核外电子对核电荷的屏蔽常数; 特征光谱 n电子壳层数;c光速;2原子序数; 不同元素具有自己的特征谱线 S_KLiM 定性基础。 00:26:58

00:26:58 （2）X射线特征光谱 特征光谱产生： 碰撞→跃迁↑(高) →空穴→跃迁↓(低) 特征谱线的频率：         − = − − → = 2 1 2 2 2 1 ( ) 1 2 1 2 n n cR Z h En En  n n  R=1.097×107 m -1,Rydberg常数； σ核外电子对核电荷的屏蔽常数； n电子壳层数；c光速；Z原子序数； 不同元素具有自己的特征谱线 ——定性基础

跃迁定则: (1)主量子数4m≠0 (2)角量子数AL=±1 (3)内量子数AJ=±1,0 为L与磁量子数矢量和S M An=1,2,3,a线系,β线系 线系; L→K层Ka;Ka1、Ka2 L M→K层KB;KB1、KB N→K层K:K21、K1 K M→L层La;La1、L N→L层LB;Lp、Lp K N→M层Ma;Ma1、M2 00:26:58

00:26:58 跃迁定则： (1)主量子数 n≠0 (2)角量子数 L=±1 (3)内量子数 J=±1，0 J为L与磁量子数矢量和S；  n=1,2,3，线系, 线系,  线系； L→K层K； K1 、 K2 M→K层K ； K1 、 K2 N→K层K ； K 1 、 K 2 M→ L 层L ； L1 、 L2 N→L层L  ； L 1 、 L 2 N→M层M； M1 、 M2

特征光谱——定性依据 h1->H2 -CR(Z-o) h n2 -n1 L→K层;K线系; Ka n1=2 VKo=gcr(z-o 4 妥 4 K 3R(Z-) 不同元素具有自己的特征谱 线——定性基础; 0.020.040.060.080.10.0700.0710.072 谱线强度——定量; 图钼的特征谱线 00:26:58 页 页

00:26:58 特征光谱——定性依据 L→K层；K 线系； n1 =2，n2 =1；         − = − − → = 2 1 2 2 2 1 ( ) 1 2 1 2 n n cR Z h En En  n n  2 ) ( ) 4 3  K = ( cR Z − 2 3 ( ) 4      − = = R Z c K K 不同元素具有自己的特征谱 线 ——定性基础； 谱线强度——定量；

、X射线的吸收、散射与衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray 1.X射线的吸收 dlo=-lo u dl u1:线性衰减系数; dlo=-lo um dm 质量衰减系数; dlo=-lo un dn 原子衰减系数 衰减系数的物理意义:单位路程(cm)、单位质量(g)、单 位截面(cm2)遇到一个原子时,强度的相对变化(衰减); 符合光吸收定律: =10exp(-+1) 固体试样时,采用μm=μ1/p(p:密度); 00:26:58

00:26:58 三、X射线的吸收、散射与衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray 1. X射线的吸收 dI0 =-I0 l dl l：线性衰减系数； dI0 =-I0 m dm m：质量衰减系数； dI0 =-I0 n dn n：原子衰减系数； 衰减系数的物理意义：单位路程 (cm)、单位质量(g)、单 位截面(cm2 ) 遇到一个原子时，强度的相对变化（衰减）； 符合光吸收定律： I = I0 exp(- l l ) 固体试样时，采用 m = l / （ ：密度）；