成分价键理论和X射线光谱分析

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1、第三篇成分和价键（电子）结构分析第十章X射线第十一章X射线光谱分析第十二章X射线光电子能谱分析第十三章俄歇电子能谱第十四章成分和价键分析总结第十章X射线1.初级X射线的产生X-射线：波长0.001～50nm的电磁波；0.01～24nm；(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；2.X射线光谱（1）连续X射线光谱电子→靶原子，产生连续的电磁辐射，连续的X射线光谱；成因：大量电子的能量转换是

2、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；（2）X射线特征光谱特征光谱产生：碰撞→跃迁↑(高)→空穴→跃迁↓(低)特征谱线的频率：R=1.097×107m-1,Rydberg常数；σ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；不同元素具有自己的特征谱线——定性基础。来自样品的特征X射线光谱跃迁定则：(1)主量子数n≠0(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；L→K层K；K1、K

3、2M→K层K；K1、K2N→K层K；K1、K2M→L层L；L1、L2N→L层L；L1、L2N→M层M；M1、M2特征光谱——定性依据L→K层；K线系；n1=2，n2=1；不同元素具有自己的特征谱线——定性基础；谱线强度——定量；三、X射线的吸收、散射与衍射absorption,diffuseanddiffractionofX-ray1.X射线的吸收dI0=-I0ldll：线性衰减系数；dI0=-I0mdmm：质量衰减系数；dI0=-I0ndnn：原子衰减系

4、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=I0exp(-ll)固体试样时，采用m=l/（：密度）；X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+mm：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：随吸收限改变的常数；Z：吸收元素的原子序数；：波长；X射线的↑；Z↑，越易吸收；↓，穿透力越强；元素的X射线吸收光谱吸收限(

5、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变；呈现非连续性；上一个谱系的吸收结束，下一个谱系的吸收开始处；能级(M→K)↓,吸收限(波长)↓，激发需要的能量↑。2.X射线的散射X射线的强度衰减：吸收+散射；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)相干散射(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

6、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（2）非相干散射Comptom散射、非弹性散射；Comptom-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，无相干=-=K(1-cos)K与散射体和入射线波长有关的常数；Z↓，非相干散射↑；衍射图上出现连续背景。3.X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

7、；Bragg衍射方程：DB=BF=dsinn=2dsin光程差为的整数倍时相互加强；Bragg衍射方程及其作用n=2dsin

8、sin

9、≤1；当n=1时，n/2d=

10、sin

11、≤1，即≤2d；只有当入射X射线的波长≤2倍晶面间距时，才能产生衍射Bragg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。X射线与物质相互作用的总结X-射线荧光的产生creationofX-rayfluorescence特征X射

12、线荧光--特征X射线光谱碰撞内层电子跃迁↑H空穴外层电子跃迁↓LX射线荧光X射线荧光>次级X射线(能量小)(能量大)激发过程能量稍许损失；依据发射的X射线荧光，确定待测元素——定性X射线荧光强度——定量Auger效应Auger电子：次级光电子各元素的Auger电子能量固定；（电子能谱分析法的基础）碰撞内层电子跃迁↑H空穴外层电子跃迁↓L原子内吸收另一电子激发Auger效应荧光辐射竞争几率电子能谱分析自由电子Z<11的元素；重元素的外层空穴；重元素内层空穴；K,L