X射线光谱与电子能谱分析法ppt课件

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generalizationgeneralization二、二、X X射线与射线与X X射线谱射线谱X-ray and X-ray X-ray and X-ray spectrumspectrum三、三、X X射线的吸收、散射和射线的吸收、散射和衍射衍射absorption, diffuse and absorption, diffuse and diffraction of X-raydiffraction of X-ray第一节 X射线和X射线光谱分析X-ray spectrometry and elect

2、ron spectroscopyX-ray and X-ray spectrum analysis一、概述一、概述 generalizationgeneralization X-射线：波长0.00150nm； X-射线的能量与原子轨道能级差的数量级一样；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-射线荧光分析 利用元素内层电子跃迁产生的荧光光谱，运用于元素的定性、定量分析；固体外表薄层成分分析； 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展元素的定性、定量分析；固体外表薄层成分分析

3、； 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) 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 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- X-射线：波长射线：波长0.0010.00150nm50nm的电磁波；的电磁波；0.010.0124 nm 24 nm ； ( (超铀超铀K K系谱线系谱线) ) ( (锂锂K K系谱系谱线线) )高速

4、电子撞击阳极高速电子撞击阳极(Cu(Cu、CrCr等重金属等重金属) )：热能：热能(99%)+X(99%)+X射线射线(1%)(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.X2.X射线光谱射线光谱1 1 延续延续X X射线光谱射线光谱 电子电子靶原子，产靶原子，产生延续的电磁辐射，延生延续的电磁辐射，延续的续的X X射线光谱；成因射线光谱；成因： 大量电子的能量转大量电子的能量转换是一个随机过程，多换是一个随机过程，多次碰撞；次碰撞； 阴极发射电子方向阴极发射电子方向差别，能量损失随机；差别，能量损失随机； 021meUEe2UiZKIm2 2X X射线特征光谱射线特征

5、光谱特征光谱产生：特征光谱产生： 碰撞碰撞跃迁跃迁(高高) ) 空穴空穴跃迁跃迁(低低) )特征谱线的频率：特征谱线的频率： 212221)(2121nnZcRhEEnnnn 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光速；Z原子序数； 不同元素具有本人的特征谱线定性根底 。 跃迁定那么：跃迁定那么：(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； 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

6、 、 L2NL层L ； L 1 、 L 2 NM层M； M1 、 M2 特征光谱特征光谱定性根据定性根据LK层；K 线系；n1 =2，n2 =1；212221)(2121nnZcRhEEnnnn2)()43(ZcRK2)(34ZRcKK 不同元素具有本人的特征谱线 定性根底； 谱线强度定量；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 absorption, diffuse and diffraction of X-raydiffraction of X-ray1. X射线的吸收射线的吸收 dI0=-I0 l dl l：线性衰减系数

7、；：线性衰减系数； dI0=-I0 m dm m：质量衰减系数：质量衰减系数； dI0=-I0 n dn n：原子衰减系数；：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；X 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：随吸收限改动的常数；Z：吸收元素的原子序数；

8、：波长； X射线的 ； Z ，越易吸收； ，穿透力越强；rAmANkZ34 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：一个特征特征X X射线谱系的临界激发射线谱系的临界激发波长；波长； 在元素的在元素的X X射线吸收光谱射线吸收光谱中，中， 质量吸收系数发生突质量吸收系数发生突变；呈现非延续性；上一个变；呈现非延续性；上一个谱系的吸收终了，下一个谱谱系的吸收终了，下一个谱系的吸收开场处；系的吸收开场处； 能级能级(MK),(MK), 吸收限吸收限( (波长波长)， 激发需求的能量激发需求的能量。2.X射线的散射射线的散射 X射线的强度衰减：吸收+散

9、射； X射线的 ； Z ，越易吸收，吸收散射；吸收为主； ， Z；穿透力越强；对轻元素N,C,O，散射为主；(1)相关散射(Rayleigh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、频率一样，方向不同。 实验可察看到该景象；丈量晶体构造的物理根底； X射线碰撞新振动波源群相关散射2 2非相关散射非相关散射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，无相关无相关 = - = K (1-cos) K 与散

10、射体和入射线波长有关的常数； Z，非相关散射；衍射图上出现延续背景。3. X3. X射线的衍射射线的衍射 相关散射线的干涉景象； 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： 大量原子散射波的大量原子散射波的叠加、干涉而产生最叠加、干涉而产生最大程度加强的光束；大程度加强的光束；BraggBragg衍射方程：衍射方程： DB=BF=d sin DB=BF=d sin n n = 2d sin = 2d sin 光程差为光程差为 的整数倍时相互加强的整数倍时相互加强；BraggBragg衍射方程及其作用衍射方程及其作用 n = 2d sin | sin | 1；当n = 1 时， n / 2d = | sin | 1，即 2d ；只需当入射X射线的波长 2倍晶面间距时，才干产生衍射BraggBragg衍射方程重要作用：衍射方程重要作用：(1)(1)知知 ，测，测角，计算角，计算d d；(2)(2)知知d d 的晶体，测的晶体，测角，得角，得到特征辐射波长到特征辐射波长 ，确定元，确定元素，素，X X射线荧光分析的根底。射线荧光分析的根底。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 an