《第十五章X射线光谱与电子能谱分析法PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十五章X射线光谱与电子能谱分析法PPT课件（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十五章第十五章 X射线光谱与电射线光谱与电子能谱分析法子能谱分析法一、概述一、概述generalization二、二、X射线与射线与X射线谱射线谱X-ray and X-ray spectrum三三、X射线的吸收、散射和射线的吸收、散射和衍射衍射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 spectroscopyX-ray and X-ray spectrum analysis2024/9/5一、概述一、概述 generalization X-射线：波长0
2、.00150nm； 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-射线荧光分析X-射线吸收光谱X-射线衍射分析 X-X-射线荧光分析射线荧光分析 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；2024/9/5 电子能谱分析电子能谱分析电子能谱分析紫外光电子能谱X-射线光电子能谱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；2024/9/5 共同点共同点(1) (1) 属原子发射光谱的范畴；属原子发射光谱的范畴；(2) (2) 涉及到元素内层电子；涉及到元素内层电子；(3) (
3、3) 以以X-X-射线为激发源；射线为激发源；(4) (4) 可用于固体表层或薄层分析可用于固体表层或薄层分析 2024/9/5二、二、X射线与射线与X射线光谱射线光谱 X-ray and X-ray spectrum1. 1. 初级初级X X射线的产生射线的产生 X-射线：波长0.00150nm的电磁波；0.0124 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；2024/9/52.2.X X射线光谱射线光谱（1 1） 连续连续X X射线光谱射线光谱 电子靶原子，产生连续
4、的电磁辐射，连续的X射线光谱；成因：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； 2024/9/5（2 2）X X射线特征光谱射线特征光谱特征光谱产生：特征光谱产生： 碰撞跃迁(高) 空穴跃迁(低)特征谱线的频率：特征谱线的频率： R=1.097107 m-1,Rydberg常数；核外电子对核电荷的屏蔽常数；n电子壳层数；c c光速；Z原子序数； 不同元素具有自己的特征谱线不同元素具有自己的特征谱线定性基础定性基础 。 2024/9/5跃迁定则：跃迁定则：(1)主量子数 n0(2)角量子数 L=1(3)内量子数 J=1，0J为L与磁量子数矢量和S；
5、 n=1,2,3，线系, 线系, 线系；LK层K； K1 、 K2 MK层K ； K1 、 K2 NK层K ； K 1 、 K 2M L 层L ； L1 、 L2NL层L ； L 1 、 L 2 NM层M； M1 、 M2 2024/9/5特征光谱特征光谱定性依据定性依据LK层；K 线系；n1 =2，n2 =1； 不同元素具有自己的特征谱线不同元素具有自己的特征谱线 定性基础定性基础； 谱线强度谱线强度定量定量；2024/9/5三、三、X X射线的吸收、散射与衍射射线的吸收、散射与衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray1. X射线的吸收射
6、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）；2024/9/5X X射线的吸收射线的吸收 X射线的强度衰减：吸收+散射； 总的质量衰减系数m ： m = m + mm ：质量吸收系数； m ：质量散射系数； NA：Avogadro常数；Ar ：相对原子质量；k：随吸收限改变的
7、常数；Z：吸收元素的原子序数； ：波长； X射线的射线的 ； Z ，越易吸收；，越易吸收； ，穿透力越强；，穿透力越强；2024/9/5元素的元素的X X射线吸收光谱射线吸收光谱 吸收限吸收限( (吸收边吸收边) )：一个特征X射线谱系的临界激发波长； 在元素的X射线吸收光谱中， 质量吸收系数发生突突变变；呈现非连续性非连续性；上一个谱系的吸收结束，下一个谱系的吸收开始处； 能级能级(MK), 吸收限吸收限(波长波长)， 激发需要的能量激发需要的能量。2024/9/52.X射线的散射射线的散射 X射线的强度衰减：吸收+散射； X射线的射线的 ； Z ，越易吸收，越易吸收，吸收吸收散射散射；吸收
8、为主；吸收为主； ， Z；穿透力越强；穿透力越强；对轻元素N,C,O，散射为主；(1)相干散射相干散射(Rayleigh散射，弹性散射散射，弹性散射) E 较小、 较长的X射线 碰撞(原子中束缚较紧、Z较大电子)新振动波源群（原子中的电子）；与X射线的周期、频率相同，方向不同。 实验可观察到该现象；测量晶体结构的物理基础； X射线碰撞新振动波源群相干散射2024/9/5（2 2）非相干散射）非相干散射Comptom 散射、非弹性散射；散射、非弹性散射；Comptom-吴有训效应；吴有训效应； X射线非弹性碰撞 ，方向，变反冲电子波长、周相不同，波长、周相不同，无相干无相干 = - = K (1
9、-cos) K 与散射体和入射线波长有关的常数； Z，非相干散射，非相干散射；衍射图上出现连续背景。2024/9/53 3. X射线的衍射射线的衍射 相干散射线的干涉现象； 相等，相位差固定，方向同， n 中n不同，产生干涉。 X X射线的衍射线：射线的衍射线： 大量原子散射波的叠加、干涉而产生最大程度加强的光束；Bragg衍射方程： DB=BF=d sin n = 2d sin 光程差为 的整数倍时相互加强；2024/9/5BraggBragg衍射方程及其作用衍射方程及其作用 n = 2d sin | sin | 1；当当n = 1 时，时， n / 2d = | sin | 1，即即 2d
10、 ；只有当入射只有当入射X X射线的波长射线的波长 2倍晶面间距时，才能产生衍射倍晶面间距时，才能产生衍射BraggBragg衍射方程重要作用：衍射方程重要作用：(1)已知 ，测角，计算d；(2)已知d 的晶体，测角，得到特征辐射波长 ，确定元素，X射线荧光分析的基础。2024/9/5内容选择内容选择第一节第一节 X射线与射线与X射线光谱分析射线光谱分析X-ray and X-ray spectrometry第二节第二节 X射线荧光分析射线荧光分析X-ray fluorescence spectrometry第三节第三节 X射线衍射分析射线衍射分析X-ray diffraction analysis第四节第四节 X射线光电子能谱射线光电子能谱X-ray electron spectroscopy结束结束2024/9/5
