x射线衍射分析-2课件

1、X射线衍射分析-21第二章 X射线与物质的相互作用吸收（光电吸收效应X射线荧光和俄歇吸收)散射 （相干散射和非相干散射）衍射现象透射 2X射线与物质的相互作用31.X射线的吸收当X射线被物质吸收时，该物质会产生热效应、电离效应、光解作用、感光效应、荧光、次级特征X射线、光电子、俄歇电子或反冲电子的激发，辐射损失，以及对生物组织的刺激和损害等等。I = I0 exp ( - x) 比耳朗伯定律 质量衰减系数cm2/g 密度g/cm3 x 辐射通过吸收体的光路cm 线性衰减系数1/cm4质量吸收系数与质量衰减系数有人把称为质量吸收系数（Mass Absorption coefficient），但它

2、实际上由吸收和散射两部分组成，即=+ 式中为散射系数，为光电吸收系数。在0100 keV范围，光电吸收系数比散射系数要大若干倍，通常占质量吸收系数的95%。不管是光电吸收还是散射，都使入射X射线的强度减弱，因此称质量衰减系数（Mass Attenuation coefficient）更为贴切。5吸收限的产生原因当入射X射线的能量增大到大于电子结合能时，就激发产生特征X射线而消耗能量，根据被激发出电子所在壳层称为K吸收限、L吸收限7质量吸收系数样品的质量吸收系数为各组分的质量吸收系数加权。compound ( ) = i().wiW为元素或化合物在样品里的重量百分含量8质量衰减系数文献文献作者发

3、表时间(年份)能量范围(keV)质量衰减系数模式是否提供计算方程McMaster等19691-1000,c,i是Veigele219730.1-1000,c,i否Scofield319731-1500否Thinh & Leroux19791-40是Henke等19820.1-2否Heinrich19870.2-20是de Boer19890.1-100是文献中的质量衰减系数模式有和两种。所谓模式是包括光电吸收系数和散射系数的总的质量衰减系数，而模式则只包含光电吸收系数。有的文献则同时列出、c和i。10McMaster算法McMaster算法中包括,c和i的算法。总的质量衰减系数就是这三者的加和

4、。三种系数都采用上述方程拟合MAC为质量衰减系数，它可以是,c和i。E为入射线能量（keV）,Ai为曲线拟合系数，对于不同的吸收体，根据需要计算的是,c或i，分别给出A0，A1，A2和A3的值11Thinh & Leroux算法为波长（埃，1埃=0.1nm），C和n对于不同的元素在相邻吸收限之间为常数，列于以下文献中： T. P. Thinh and J. Leroux, New Basic Empirical Expression for Computing Tables of X-ray Mass Attenuation Coefficients, X-ray Spectrom., 197

5、9, 8(2), 85-91.T. P. Thinh and J. Leroux, Erratum to “New Basic Empirical Expression for Computing Tables of X-ray Mass Attenuation Coefficients” X-ray Spectrom., 1981, 10, v. 12de Boer算法de Boer算法计算的也是总的质量衰减系数E为入射线能量，它介于能量E1和E2之间，1为入射线能量为E1时的质量衰减系数，2为入射线能量为E2时的质量吸收系数 D. K. G. de Boer, Fundamental Pa

6、rameters for X-ray Fluorescence Analysis, Spectrochim. Acta, 1989, 44B, 1171-1190. 14吸收-分析深度152.俄歇效应和荧光产额电子跃迁将导致如下几种情况产生:以特征X射线的形式发射出原子,即产生X射荧光,这是辐射跃迁。比空穴层主量子数高的壳层上的电子跃迁后,能量不以特征X射线的形式发射出来,而是将另一电子逐出原子,形成具有双空穴的原子,这一电子称作俄歇电子,这就是所谓俄歇效应。这是无辐射跃迁。比K层高的壳层随角动量量子数的不同而分为不同的亚层。如果初始空穴出现在这样的壳层,那么,除了上述两种跃之外还可能存在相同

7、壳层(主量子数相同)中另一亚层(角动量量子数不同)的电子的跃迁,这就是所谓Coster-Kronig跃迁。由于能级间隔小,这种跃迁非常快,它也属于无辐射跃迁。17俄歇电子具有如下的规律性:光电子和伴随俄歇电子出现在同一点上,即它们同时从一个原子中跳出来的;俄歇电子的能量与入射线的能量无关, 俄歇电子射出的方向与光电子射出的方向无关;最后需指出的是产生俄歇电子的过程中,原子产生两个轨道空位,其中一个是填充原始空位产生的,另一个是由俄歇过程引起的。18对于具有内层电子空穴的原子，产生辐射跃迁的几率就是荧光产额（），产生俄歇跃迁的几率称俄歇产额（a），产生Coster-Kronig跃迁的几率为Cos

8、ter-Kronig产额（f）。显然有 + a + f = 1俄歇效应与荧光效应是相互竞争光电效应，原子序数越小荧光产额越低，俄歇效应就越高。轻元素荧光产额低，俄歇效应高。19K能级荧光产额和俄歇电子产额随原子序数Z的变化203.X射线在物质中的散射除光电吸收，入射光子还可与原子碰撞，在各个方向发生散射。 X射线与物质的散射是由于X射线与外层电子的相互作用而产生。散射作用分为两种，相干散射和非相干散射。如果被散射光子能量与入射光子能量相同，则称为相干散射或弹性散射。相干散射与光干涉现象相互作用的结果可产生X射线衍射，X射线衍射图与晶格排列等密切相关，故可被用于研究物质结构，即X射线衍射分析。相

9、干散射又称为Rayleigh散射，没有能量损失。非相干散射又称为Compton散射，会出现能量变化或损失21X射线的散射-康普顿散射设入射光子的波长为 (nm) ，散射角为 ，计算Compton散射峰波长 (nm)的公式如下： - = 0.00243 (1 - cos )22X射线的散射-康普顿散射的特点(2)随着样品平均原子序数或质量吸收系数的降低，Compton的强度增加24X射线在物质中的散射相干散射是X射线衍射分析的工作基础。非相干散射(康普顿散射)对于分析有两种作用： (1)散射构成光谱背景，特别是对于微量分析有害，降低分析灵敏度； (2)散射靶线或散射背景可作为内标线使用。253.X射线的衍射191