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概述X射线荧光光谱仪X射线的产生

2022.9.25

  根据经典电磁理论,运动的带电粒子的运动速度发生改变时会向外辐射电磁波。实验室中常用的X射线源便是利用这一原理产生的:利用被高压加速的电子轰击金属靶,电子被金属靶所减速,便向外辐射X射线。这些X射线中既包含了连续谱线,也包括了特征谱线。

  1、连续谱线

  连续光谱是由高能的带电粒子撞击金属靶面时受到靶原子核的库仑力作用,突然改变速度而产生的电磁辐射(如图1)。由于在撞击时,有的带电粒子在一次碰撞中损失全部能量,有的带电粒子同靶发生多次碰撞逐步损失其能量,直到完全丧失为止,因而产生的波长是具有连续分布的电磁波。因此,它也称为韧致辐射、白色X射线或多色X射线。

  2、特征谱线(光电效应):

  特征谱线的产生则是基于不同的机理:

  a)入射X射线轰击原子的内层电子,如果能量大于它的吸收边,该内层电子被驱逐出整个原子(整个原子处于高能态,即激发态)。

  b)较高能级的电子跃迁,补充空穴,整个原子回到低能态,即基态。

  c)由高能态转化为低能态,释放能量。ΔE=Eh-El

  d) 能量如果以X射线的形式释放,则会产生X射线荧光。

  特征谱线:每一个轨道上的电子能量是一定的,因此电子跃迁产生的能量差是一定的,释放的X射线的能量也是一定的,而这个特定的能量与元素种类有关,即每个元素都有其特征谱线。

  3、特征谱线系

  特征光谱分为K、L、M…等谱系。

  原子内K层电子被激发,外层电子跃迁到K层辐射出的X射线称为K系特征X射线;L层电子被激发,外层电子跃迁到L层辐射出的X射线称为L系特征X射线;……。

  由于原子内层出现空时,电子可以从不同的外层跃迁到内层,辐射X射线的波长(或能量)是不一样的,所以每一个谱系又由若干谱线所组成。例如K系中有Kα1、Kα2、Kβ1……等谱线

  4、谱线相对强度

  谱线相对强度是指在一特定谱线系中各谱线的强度比。例如Kα1/Kα2或Kβ/Kα等K系谱线的相对强度。

  5、荧光产额

  并非所有原子解激发的过程都会产生特征X射线,有些会产生俄歇电子。激发态原子回到基态时发射X射线荧光的几率被称为荧光产额。

  荧光产额(ω)定义为在某一能级谱系下单位时间内从受激原子有效发射出的X射线荧光光子数(nK)与被激发的原子数(NK)之比。对K系谱线,有:

  几种元素的荧光产额(ω)列于表1中。原子序数越大,荧光产额越高。对轻元素,荧光产额很低,这也是利用XRF分析轻元素比较困难的主要原因之一。

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