X射线衍射XRD分析1

1、第二章第二章 X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）环境与资源学院环境与资源学院孙红娟孙红娟2022-3-52022-3-5引言引言问问 题题v科研、生产、商业和日常活动中，我们经常遇到：科研、生产、商业和日常活动中，我们经常遇到：这是一种什么物质？含有那些杂质或有害物质？用这是一种什么物质？含有那些杂质或有害物质？用什么方法鉴定？什么方法鉴定？vX射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）的原理？仪器？样品？）的原理？仪器？样品？vXRD除物相分析还能做些什么？除物相分析还能做些什么？v如何从如何从XRD所给出的数据中提取更多的信息？包括所给出的数据中提取更多的信息？包括成分、结构、形成方式（条件

2、）、结晶度、晶粒度？成分、结构、形成方式（条件）、结晶度、晶粒度？等等。等等。本章内容本章内容l1. X射线的物理基础射线的物理基础l2. X-射线衍射分析原理射线衍射分析原理v3. X-射线衍射分析应用射线衍射分析应用v4. 小角小角X射线散射射线散射主要参考书主要参考书v南京大学地质学系矿物岩石学教研室编，粉晶南京大学地质学系矿物岩石学教研室编，粉晶X射线物相分析，地质出版社，射线物相分析，地质出版社，1980.v彭志忠，彭志忠，X射线分析简明教程，地质出版社，射线分析简明教程，地质出版社，1982.v周上祺，周上祺，X射线衍射分析，重庆大学出版社，射线衍射分析，重庆大学出版社，1991.

3、v刘粤惠，刘平安刘粤惠，刘平安. X射线衍射分析原理与应用，射线衍射分析原理与应用，化学工业出版社，化学工业出版社， 2003年年10月月1. X射线的物理基础v1.1 X射线的发现射线的发现v1.2 X射线的本质射线的本质v1.3 X射线的产生及射线的产生及X射线管射线管v1.4 X射线谱射线谱v1.5 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用v1.6 X射线的探测与防护射线的探测与防护1.1 X 射线的发现v1895年年11月月8日，德国物理学家伦琴日，德国物理学家伦琴在研究真空管的高压放电时，偶然在研究真空管的高压放电时，偶然发现镀有发现镀有氰亚铂酸钡氰亚铂酸钡的硬纸板会发的硬纸板会发

4、出荧光。这一现象立即引起细心的出荧光。这一现象立即引起细心的伦琴的注意。经仔细分析，认为这伦琴的注意。经仔细分析，认为这是真空管中发出的一种射线引起的。是真空管中发出的一种射线引起的。于是一个伟大的发现诞生了，由于于是一个伟大的发现诞生了，由于当时对这种射线不了解，故称之为当时对这种射线不了解，故称之为X射线射线。后来也称。后来也称伦琴射线伦琴射线。v伦琴发现，伦琴发现，X射线对不同物质射线对不同物质的穿透能力是不同的。他用的穿透能力是不同的。他用X射线拍了一张其夫人手的照片。射线拍了一张其夫人手的照片。很快，很快，X射线发现仅半年时间，射线发现仅半年时间，在当时对在当时对X射线的本质还不清射

5、线的本质还不清楚的情况下，楚的情况下，X射线在医学上射线在医学上得到了应用。发展了得到了应用。发展了X射线照射线照像术像术。1895年伦琴初次发现年伦琴初次发现X射线时，拍摄的他夫射线时，拍摄的他夫人手指的人手指的X射线照射线照X 射线的发现射线的发现X 射线的发现射线的发现v1896年年1月月23日伦琴在他的研究所作了第一个关于日伦琴在他的研究所作了第一个关于X射射线的学术报告。线的学术报告。1896年，伦琴将他的发现和初步的研究年，伦琴将他的发现和初步的研究结果写了一篇论文，发表在英国的结果写了一篇论文，发表在英国的Nature杂志上。杂志上。v这一伟大发现很快在医学上获得了应用这一伟大发

6、现很快在医学上获得了应用X射线透视射线透视技术技术。v他的发现在社会上引起了轰动，也为他赢得了很大的荣他的发现在社会上引起了轰动，也为他赢得了很大的荣誉。誉。1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。现而获得第一个诺贝尔物理学奖。与与X射线及晶体衍射有关诺贝尔奖获得者射线及晶体衍射有关诺贝尔奖获得者年 份学 科得奖者内 容1901物理伦琴Wilhelm Conral RontgenX射线的发现1914物理劳埃Max von Laue晶体的X射线衍射亨利.布拉格Henry Bragg劳伦斯.布拉格Lawrence Brag

7、g.1917物理巴克拉Charles Glover Barkla元素的特征X射线1924物理卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学戴维森Clinton Joseph Davisson汤姆孙George Paget Thomson1954化学鲍林Linus Carl Panling化学键的本质肯德鲁John Charles Kendrew帕鲁兹Max Ferdinand Perutz1962生理医学Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、Maurice h.f.Wilkins脱氧核糖核酸DNA测定1964化学Dorothy Crow

8、foot Hodgkin青霉素、B12生物晶体测定霍普特曼Herbert Hauptman卡尔Jerome Karle鲁斯卡E.Ruska电子显微镜宾尼希G.Binnig扫描隧道显微镜罗雷尔H.Rohrer布罗克豪斯 B.N.Brockhouse中子谱学沙尔 C.G.Shull中子衍射直接法解析结构1915物理晶体结构的X射线分析1937物理电子衍射1986物理1994物理1962化学蛋白质的结构测定1985化学1.2 X-射线的本质射线的本质v 肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离；和使气体电离；v 能透过可见光不能透过的物

9、体；能透过可见光不能透过的物体；v 这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，在通这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射；衍射；v 这种射线对生物有很厉害的生理作用。这种射线对生物有很厉害的生理作用。认为认为X射线是射线是物质粒物质粒子流子流的科学家中有的科学家中有W. H. 布拉格。布拉格。他的儿子他的儿子 W. L. 布拉布拉格则对格则对X射线的射线的波动波动性性进行了深入的研究，进行了深入的研究，并给出了著名的布拉并给出了著名的布拉格方程。格方程。 X射线的本质射线的本质对对X

10、射线本质的争论，焦点集中在它是：粒子流？射线本质的争论，焦点集中在它是：粒子流？电磁波？电磁波？（1）X射线的波动性射线的波动性vX射线的本质是一种电磁波，它具有射线的本质是一种电磁波，它具有波粒二象性波粒二象性。即它。即它既具既具波动性波动性，又具有，又具有粒子性粒子性。vX射线的波动性表现在它以一定的波长和频率在空间传射线的波动性表现在它以一定的波长和频率在空间传播。播。X射线的波长范围为射线的波长范围为0.01100，介于，介于射线和紫外射线和紫外线之间。线之间。（2）X射线的粒子性射线的粒子性vX射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流构射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流

11、构成的。它具有一定的能量和动量。能量成的。它具有一定的能量和动量。能量和动量和动量p与与X射射线光子的频率线光子的频率v和波长和波长之间的关系如下：之间的关系如下： 能量：能量： 动量：动量： h为普朗克常数，为为普朗克常数，为6.62510-34Js，c为光速，为为光速，为 2.998108m/sv按照现代物理学理论，按照现代物理学理论，X射线具有波动性和粒子性，即射线具有波动性和粒子性，即为不连续的为不连续的“量子流量子流”。这种量子性质在这种量子性质在X射线与物质射线与物质相互作用（如吸收、散射）时可以表现出来。相互作用（如吸收、散射）时可以表现出来。X射线的射线的波长愈短（即频率愈高）

12、，能量愈大。波长愈短（即频率愈高），能量愈大。hp hchv 1.3 X射线的产生及射线的产生及X射线管射线管v X射线的产生有多种方射线的产生有多种方式，目前最常用的方式式，目前最常用的方式是是通过高速运动的电子通过高速运动的电子流轰击金属靶流轰击金属靶来获得的，来获得的，有些特殊的研究工作也有些特殊的研究工作也用同步幅射用同步幅射X射线源。射线源。 v产生产生X-射线的方法，是使快速移动的电子（或离子）射线的方法，是使快速移动的电子（或离子）骤然骤然停止其运动，则电子的动能可部分转变成停止其运动，则电子的动能可部分转变成X光能，即辐射出光能，即辐射出X-射线。射线。X射线管射线管（1）阴极

13、：如同一般的灯丝，一般用钨丝做成，用于产生大量的电子。）阴极：如同一般的灯丝，一般用钨丝做成，用于产生大量的电子。（2）阳极：又称靶，由不同的金属组成，从阴极发出的电子高速向靶撞击，产）阳极：又称靶，由不同的金属组成，从阴极发出的电子高速向靶撞击，产生生X射线，射线，不同金属制成的靶产生的不同金属制成的靶产生的X射线是不同的射线是不同的。（3）冷却系统：当电子束轰击阳极靶时，其中只有）冷却系统：当电子束轰击阳极靶时，其中只有1%能量转换为能量转换为X射线，其余射线，其余的的99%均转变为热能。均转变为热能。（4）焦点：指阳极靶面被电子束轰击的面积。）焦点：指阳极靶面被电子束轰击的面积。（5）窗

14、口：）窗口：X射线射出的通道，窗口一般用对射线射出的通道，窗口一般用对X射线穿透性好的轻金属铍密封，射线穿透性好的轻金属铍密封，以保持以保持X射线的真空。射线的真空。一般一般X射线管有四个窗口，分别从它们中射出一对线状和一射线管有四个窗口，分别从它们中射出一对线状和一对点状对点状X射线束。射线束。1.4 X射线谱vX射线管产生射线管产生X射线的特点：当高速电子束轰击射线的特点：当高速电子束轰击金属靶时会产生两种不同的金属靶时会产生两种不同的X射线。一种是射线。一种是连连续续X射线射线，另一种是，另一种是特征特征X射线射线。它们的性质不。它们的性质不同、产生的机理不同，用途也不同。同、产生的机理

15、不同，用途也不同。vX射线衍射分析射线衍射分析利用的是利用的是特征特征X射线；射线；而而X射线射线荧光光谱分析荧光光谱分析利用的是利用的是连续连续X射线射线。1.4.1 连续连续X射线（白色射线（白色X射线）射线）v正如太阳光包含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、正如太阳光包含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等许多不同波长的光一样，从紫等许多不同波长的光一样，从X射线管中发射线管中发出的出的X射线也不是单一波长（单色）的，而是射线也不是单一波长（单色）的，而是包含有包含有许多不同波长的许多不同波长的X射线射线。这些波长构成。这些波长构成连续的光谱，且是从某一连续的光谱，且是从某一最小值最小值开始的一系列开

16、始的一系列连续波长的幅射。它与可见光中的白光相似，连续波长的幅射。它与可见光中的白光相似，故称故称白色白色X射线射线或称或称连续连续X射线射线。连续连续X射线产生机理射线产生机理v连续连续X射线光谱射线光谱(或称白色或称白色X射线射线)是由于快速移动的电是由于快速移动的电子在靶面突然停止而产生的。每一个电子，由于突然子在靶面突然停止而产生的。每一个电子，由于突然停下来的结果，它把它的动能的一部分变为热能，一停下来的结果，它把它的动能的一部分变为热能，一部分变为一个或几个部分变为一个或几个X射线量子。射线量子。由于电子的动能转变由于电子的动能转变为为X射线能量的有多有少，所放出的射线能量的有多有

17、少，所放出的X射线的频率有所射线的频率有所不同不同。因此，由此产生的。因此，由此产生的X射线谱是连续的，但是有一射线谱是连续的，但是有一个最短波长的极限，这相当于某些电子把个最短波长的极限，这相当于某些电子把其全部的能其全部的能量转变为量转变为X射线能量时，频率最大的情况射线能量时，频率最大的情况。v短波限：短波限：连续连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短短波限波限0，它对应于一个电子把它的全部动能转变为一个它对应于一个电子把它的全部动能转变为一个X射射线光子的辐射能。线光子的辐射能。它只与管电压有关，不受其它因素的影它只与管电压有关，不受其它因素的

18、影响。响。v相互关系为：相互关系为： 式中式中e 电子电荷，等于电子电荷，等于 静电单位静电单位 V电子通过两极时的电压降（静电单位）电子通过两极时的电压降（静电单位）0maxhcheV1010803. 4连续连续X射线的总强度射线的总强度v连续连续X射线的总强度取决于射线的总强度取决于电压电压、电流电流、阳极、阳极靶靶原子序数原子序数v实验证明，连续实验证明，连续X射线的总强度与管电流射线的总强度与管电流i、管、管电压电压V、阳极靶的原子序数、阳极靶的原子序数Z存在如下关系：存在如下关系：miZVkI1管电流、管电压、阳极靶的原子序数对连续谱的影响管电流、管电压、阳极靶的原子序数对连续谱的影

19、响 1.4.2 特征特征X射线（标识射线（标识X射线）射线）v从图可见，当电压加到从图可见，当电压加到25KV时，时，Mo靶的连续靶的连续X射线谱上出现了射线谱上出现了两个尖锐的峰两个尖锐的峰K和和K。随着电。随着电压的增大，其强度进一步增强，压的增大，其强度进一步增强，但波长不变。也就是说，这些但波长不变。也就是说，这些谱谱线的波长与管压和管流无关，它线的波长与管压和管流无关，它与靶材有关，对给定的靶材，它与靶材有关，对给定的靶材，它们的这些谱线是特定的们的这些谱线是特定的。因此，。因此，称之为称之为特征特征X射线或标识射线或标识X射线射线。产生特征产生特征X射线的最低电压称射线的最低电压称

20、激激发电压发电压。特征特征X射线产生的机理射线产生的机理v特征特征X射线光谱产生的原因与连续光谱完全不射线光谱产生的原因与连续光谱完全不同。由阴极飞驰来的电子，在其与阳极的原子同。由阴极飞驰来的电子，在其与阳极的原子相作用时，把其能量传给这些原子中的电子，相作用时，把其能量传给这些原子中的电子，把这些电子激发到更高一级的能级上把这些电子激发到更高一级的能级上；换句话；换句话说，就是说，就是把原子的内层电子打到外层或者甚至把原子的内层电子打到外层或者甚至把它打到原子外面，而使原子电离，从而在原把它打到原子外面，而使原子电离，从而在原子的内电子层中留有缺席的位置。子的内电子层中留有缺席的位置。特征

21、特征X射线产生的机理射线产生的机理v此时原子过渡到不稳定的受刺激的状态。原子停留在这此时原子过渡到不稳定的受刺激的状态。原子停留在这样的受刺激状态的寿命不超过样的受刺激状态的寿命不超过10-3秒，外层的电子立即秒，外层的电子立即落到内层填补空位。当发生这种过渡时，原子的能量重落到内层填补空位。当发生这种过渡时，原子的能量重新减少，多余的能量就作为新减少，多余的能量就作为X射线量子发射出来射线量子发射出来X射线射线的频率由下式决定：的频率由下式决定：hv =E2-E1式中式中E1和和E2为原子的正常状态能量和受刺激状态时的能量为原子的正常状态能量和受刺激状态时的能量v由于各类原子的能级有别，所以

22、由于各类原子的能级有别，所以特征特征X射线的波长随阳射线的波长随阳极的材料而异极的材料而异。特征。特征X射线的波长与阳极材料的原子序射线的波长与阳极材料的原子序数的平方成反比。数的平方成反比。莫塞来定律莫塞来定律v莫塞来莫塞来1914年总结了特征年总结了特征X射线与靶材原子结构之间的射线与靶材原子结构之间的关系：关系： 或或 式中式中K为与靶中主元素有关的常数，为与靶中主元素有关的常数，为屏蔽常数，与为屏蔽常数，与电子所在的壳层有关。电子所在的壳层有关。v反过来，如果能测到材料中元素发射的特征反过来，如果能测到材料中元素发射的特征X射线的波射线的波长，长，就能知道产生这些特征就能知道产生这些特

23、征X射线元素是什么射线元素是什么。这就是。这就是X射线荧光光谱和电子探针分析的理论基础。射线荧光光谱和电子探针分析的理论基础。)(1ZK)(ZK特征特征X射线的命名方法射线的命名方法v当当K电子被打出电子被打出K层时，如层时，如L层电子来填充层电子来填充K空位时，则空位时，则产生产生K辐射辐射。同样当。同样当K空位被空位被M层电子填充时，则产生层电子填充时，则产生K辐射辐射。M能级与能级与K能级之差大于能级之差大于L能级与能级与K能级之差，能级之差，即一个即一个K光子的能量大于一个光子的能量大于一个K光子的能量；光子的能量； 但因但因LK层跃迁的几率比层跃迁的几率比MK迁附几率大，故迁附几率大

24、，故K辐射强辐射强度比度比K辐射强度大五倍左右。显然，当辐射强度大五倍左右。显然，当L层电子填充层电子填充K层后，原子由层后，原子由K激发状态变成激发状态变成L激发状态，此时更外层激发状态，此时更外层如如M、N层的电子将填充层的电子将填充L层空位，产生层空位，产生L系辐射系辐射。特征特征X射线射线v放大看，放大看，K还包括两还包括两个峰（图），个峰（图），K波长波长比比K长，长，K与与K强度强度比约为比约为5：1，放大看，放大看，K还分为还分为K1和和K2两条两条线。线。K1和和K2强度比约强度比约为为2：1。 特征特征X射线的命名方法射线的命名方法v因此，当原子受到因此，当原子受到K激发时，

25、除产生激发时，除产生K系辐射外，系辐射外，还将伴生还将伴生L、M等系的辐射。除等系的辐射。除K系辐射因波系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波长长短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波长长而被吸收。长而被吸收。vK双线的产生与原子能级的精细结构相关。双线的产生与原子能级的精细结构相关。L层层的的8个电子的能量并不相同，而分别位于三个亚层个电子的能量并不相同，而分别位于三个亚层上。上。K双线系电子分别由双线系电子分别由L和和L两个亚层跃迁两个亚层跃迁到到K层时产生的辐射，层时产生的辐射，而由而由LI亚层到亚层到K层因不符合层因不符合选择定则选择定则（此时（此时L0），因此没有辐射。）

26、，因此没有辐射。选择定则选择定则v选择定则：选择定则：n0，l1和和j0，其中其中n、l、j分别分别表示主量子数，表示主量子数，轨道角动量量子轨道角动量量子数和总角动量量数和总角动量量子数。子数。特征特征X射线射线v飞驰到阳极上的电子能够把阳极材料中原子内某一个能飞驰到阳极上的电子能够把阳极材料中原子内某一个能阶上的电子打掉，则飞驰来的电子必须有足够的动能；阶上的电子打掉，则飞驰来的电子必须有足够的动能；换言之，加于换言之，加于X射线管上的电压必须超过某一个确定的射线管上的电压必须超过某一个确定的数量。数量。原子里面，电子愈靠近原子核，则与核联系愈紧原子里面，电子愈靠近原子核，则与核联系愈紧密

27、。因此，激发密。因此，激发K系射线所需的电位比激发系射线所需的电位比激发L系线要高；系线要高；而而L系线比系线比M线要高。线要高。v同是同是K层电子，在不同原子中与原了核联系的紧密程度层电子，在不同原子中与原了核联系的紧密程度亦有差异。当然，亦有差异。当然，原子序数愈高，则原子核对原子序数愈高，则原子核对K层电子层电子的联系也愈紧，激发的联系也愈紧，激发K层电子所需的电压也愈高层电子所需的电压也愈高。v产生各种特征产生各种特征X射线所必须的最低电压称为激发电压，射线所必须的最低电压称为激发电压，激发电压随原子的种类以及射线的种类而异激发电压随原子的种类以及射线的种类而异。1.4.3 X射线的强

28、度射线的强度vX射线强度：射线强度：在单位时间内通过垂直于在单位时间内通过垂直于X射线传射线传播方向的单位面积上的光子数目的总和。播方向的单位面积上的光子数目的总和。vX射线的强度是由辐射出的射线的强度是由辐射出的光子数目光子数目决定的。连决定的。连续续X射线的强度除与管电压和管电流有关外，还射线的强度除与管电压和管电流有关外，还与还与阳极靶的物质种类有关。与还与阳极靶的物质种类有关。v特征特征X射线的强度与管电压和管电流有关。只有射线的强度与管电压和管电流有关。只有管电压达到某一确定的临界值后，才能有特征管电压达到某一确定的临界值后，才能有特征X射线产生。该电压称为阳极物质的最低激发电压。射

29、线产生。该电压称为阳极物质的最低激发电压。1.5 X射线与物质相互作用射线与物质相互作用 vX射线与物质相互作用时，产生各种不同的和射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线射线通过物质时，可分为三部分：通过物质时，可分为三部分：一部分被散射一部分被散射，一部分被一部分被吸收吸收，一部分一部分透过透过物质继续沿原来的物质继续沿原来的方向传播方向传播。1.5.1 X射线的散射射线的散射 vX射线通过物质时，部分射线通过物质时，部分X射线将改变它射线将改变它们前进的方向，即发生散射现象。们前进的方向，即发生散射现象。X射线射线的

30、散射包括两种：的散射包括两种：相干散射相干散射、非相干散非相干散射射。v 当入射当入射X射线光子与原子射线光子与原子中束缚较紧的电子发生中束缚较紧的电子发生弹弹性碰撞时性碰撞时，X射线光子的射线光子的能量不足以使电子摆脱束能量不足以使电子摆脱束缚，电子的散射线波长与缚，电子的散射线波长与入射线波长相同，有确定入射线波长相同，有确定的相位关系。这种的相位关系。这种散射称散射称相 干 散 射 或 汤 姆 逊相 干 散 射 或 汤 姆 逊（Thomson）散射）散射。（1）相干散射）相干散射（2）非相干散射）非相干散射 v当入射当入射X射线光子与原子中束射线光子与原子中束缚较弱的电子（如外层电子）缚

31、较弱的电子（如外层电子）发生发生非弹性碰撞非弹性碰撞时，光子消耗时，光子消耗一部分能量作为电子的动能，一部分能量作为电子的动能，于是电子被撞出原子之外，同于是电子被撞出原子之外，同时发出波长变长、能量降低的时发出波长变长、能量降低的非 相 干 散 射 或 康 普 顿非 相 干 散 射 或 康 普 顿（Compton）散射。）散射。1.5.2 X射线的吸收射线的吸收 v物质对物质对X射线的吸收指的是射线的吸收指的是X射线能量在通过物射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量，质时转变为其它形式的能量，X射线发生了能射线发生了能量损耗。量损耗。v物质对物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子射线的吸

32、收主要是由原子内部的电子跃迁而引起跃迁而引起的。这个过程中发生的。这个过程中发生X射线的射线的光电光电效应效应和和俄歇效应俄歇效应。（1 1）光电效应）光电效应v当用当用X射线轰击物质时，若射线轰击物质时，若X射线的能量大于物质射线的能量大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射原子对其内层电子的束缚力时，入射X射线光子射线光子的能量就会被吸收，从而导致其内层电子（如的能量就会被吸收，从而导致其内层电子（如K层电子）被激发，并使高能级上的电子产生跃迁，层电子）被激发，并使高能级上的电子产生跃迁，发射新的特征发射新的特征X射线。射线。v我们称我们称X射线激发的特征射线激发的特征X射线为射线为二次特

33、征二次特征X射线射线或或荧光荧光X射线射线。（2）俄歇效应）俄歇效应v当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生二次二次X射线，而是射线，而是被周围某个壳层上的电子所吸被周围某个壳层上的电子所吸收收，并促使该电子，并促使该电子受激发逸出原子成为二次电子受激发逸出原子成为二次电子。这种效应是俄歇这种效应是俄歇1925年发现的。故称俄歇效应，年发现的。故称俄歇效应，产生的二次电子称俄歇电子。产生的二次电子称俄歇电子。v二次电子具有特定的能量值，可以用来表征这些二次电子具有特定的能量值，可以用来表征这些原子。利用该原理制造的俄歇能谱仪主要用于分原子。利用该原

34、理制造的俄歇能谱仪主要用于分析材料表面的成分。析材料表面的成分。1.6.3 X射线的衰减规律射线的衰减规律 vX射线通过物质时，射线通过物质时，X射线强度衰减了。射线强度衰减了。其中，因散射引起的衰减远远小于因吸收其中，因散射引起的衰减远远小于因吸收导致的衰减量。因此，可以近似地认为，导致的衰减量。因此，可以近似地认为，X射线通过物质后其强度的衰减是由于物射线通过物质后其强度的衰减是由于物质对它的吸收所造成的。质对它的吸收所造成的。v当一束当一束X射线通过物射线通过物质时，由于散射和吸质时，由于散射和吸收的作用使其透射方收的作用使其透射方向上的强度衰减。衰向上的强度衰减。衰减的程度与所经过物减

35、的程度与所经过物质中的距离成正比。质中的距离成正比。HHHxxxdxxxmeIeIIdxIdIIII0/0质量衰减系数质量衰减系数m vm：表示单位质量物质对：表示单位质量物质对X射线强度的衰射线强度的衰减程度。减程度。v质量衰减系数与波长和原子序数质量衰减系数与波长和原子序数Z存在如下存在如下近似关系：近似关系： K为常数为常数vm 随随的变化是不连续的其间被尖锐的突的变化是不连续的其间被尖锐的突变分开。突变对应的波长为变分开。突变对应的波长为K吸收限。吸收限。33ZKm1）吸收系数随波长的增大而增大）吸收系数随波长的增大而增大, 且在一定区间内是连续变化的。这是因且在一定区间内是连续变化的。这是因为为X射线的波长越长越容易被物质所吸收。射线的波长越长越容易被物质所吸收。2）在某些波长的位置上产生跳跃式的突变。即吸收限（吸收边）或激发限）在某些波长的位置上产生跳跃式的突变。即吸收限（吸收边）或激发限的存在。的存在。 吸收限的应用吸收限的应用 v在在X射线分析中，在大多数情况下都希望所使用射线分析中，在大多数情况下都希望所使用的的X射线波长单一，即射线波长单一，即“单色单色”X射线。射线。v但实际上，如上所述，