射线荧光分析ppt课件.ppt

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1、第十二章X射线光谱和表面分析法12.1.1概述12.1.2X射线荧光分析法基本原理12.1.3X射线荧光光谱仪12.1.4X射线荧光分析法的应用第一节X射线荧光光谱分析X-rayspectrometryandsurfaceanalysisX-rayfluorescencespectrometry2021/9/1612.1.1概述材料科学的发展，对晶体结构、表面微区、剖面逐层分析有更高要求。晶体：晶胞参数、晶体构型；材料表面：单原子层到几微米逐层分析催化剂：表面特性分析古董：古画、陶瓷等，无损检测。X射线光谱分析

2、和电子能谱分析发挥着重要作用2021/9/16概述X-射线：波长0.001～50nm。X-射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同。2021/9/16X-射线荧光分析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。电子能谱分析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。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2021/9/16共同点(1)同属原子发

3、射光谱的范畴。(2)涉及到元素内层电子。(3)以X-射线为激发源。(4)可用于固体表层或薄层分析。2021/9/1612.1.2X射线荧光分析法基本原理1.初级X射线的产生X-射线：波长0.001～50nm的电磁波；波长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。2021/9/162.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

4、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。2021/9/16（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。2021/9/16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

5、、K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22021/9/16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。2021/9/163.X射线的吸收、散射与衍射(1)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：原子衰减系数；衰减系数的物理意义：单位路程(cm)、单位

6、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）2021/9/16X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。2021/9/16元素的X射线吸收光谱吸收限(吸收边)：一个特征X射线

7、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↑。2021/9/16(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。(a)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射线的周期、频率相

8、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2021/9/16（b）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。2021/9/16(3)X射线的衍射相