45. Физические основы рентгеноспектрального анализа.

Возникновение спектральных линий в рентгеновском диапазоне длин волн (10^-2-10²À) связано с перестройкой внутренних электронных оболочек атомов, входящих в состав анализируемого в-ва. Эти внутр. электронные оболочки при образовании молекул практически не затрагиваются и поэтому характеристические спектры отдельных атомов можно наблюдать даже тогда, когда они связаны в молекуле.

Внутренние оболочки полностью заполнены, поэтому переход с одной оболочки на другую не возможен до тех пор, пока на одной из них не появится вакантное место. Образование электронной вакансии и возбуждение рентгеновского спектра может происходить:

• при мощной электронной бомбардировке анализируемого вещества в вакууме;

• при облучении в-ва потоком рентгеновских квантов, имеющих необходимую энергию, испускаемых при опред. условиях анодом рентгеновской трубки;

• при облучении анализируемого в-ва γ-излучением, испускаемым радиоактивным источником.

В атомах, подвергшихся бомбардировке, на соответствующих электронных орбиталях возникают электронные вакансии.

Т. к. система стремится иметь минимальный запас энергии, на образовавшийся вакантный уровень переходят электроны с более высокой электронной орбитали. Такой переход сопровождается испусканием кванта излучения с длиной волны, соответствующей разности энергий электронных уровней, участвующих в данном переходе, и появлением в спектре соответствующей линии.

Возникающее рентгеновское излучение – полихроматическое.

Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение.

Тормозное излучение возникает в следствие того, что часть бомбардировочных электронов попадает между атомами материала анода или анализ. в-ва и непрерывно теряет свою энергию в результате перемещения вглубь анода. Тормозное излучение имеет четкую нижнюю границу длин волн λ_min: λ_min= hc/e * 1/V , где

с - скорость света в данной среде;

е – энергия электрона;

V – ускоряющий потенциал между катодом и анодом трубки.

Положение коротковолновой границы тормозного излучения определяется не природой тормозящего слоя (атомным номером элемента), а кинетической энергией электронов, т. е. потенциалом, приложенным между катодом и анодом.

Вторая часть электронов, идущих от катода, проникает внутрь материала анода и выбивает из него электроны. В атомах, подвергшихся бомбардировке, на соответствующих электронных орбиталях возникают электронные вакансии.

Т. к. система стремится иметь минимальный запас энергии, на образовавшийся вакантный уровень переходят электроны с более высокой электронной орбитали. Такой переход сопровождается испусканием кванта излучения с длиной волны, соответствующей разности энергий электронных уровней, участвующих в данном переходе (характеристическое излучение), и появлением в спектре соответствующей линии (характ. линии).

46. Схема возбуждения и испускания рентгеновских спектральных линий. Критический край поглощения.

Образование электронной вакансии и возбуждение рентгеновского спектра может происходить:

• при мощной электронной бомбардировке анализируемого вещества в вакууме;

• при облучении в-ва потоком рентгеновских квантов, имеющих необходимую энергию, испускаемых при опред. условиях анодом рентгеновской трубки;

• при облучении анализируемого в-ва γ-излучением, испускаемым радиоактивным источником.

Значение энергии отрыва электрона (энергии ионизации) с данного атомного уровня в рентгеноспектральном анализе принято называть краем поглощения. Самым коротковолновым явл. К-край, соответствующий вырыванию электрона из 1s слоя. При вырывании электронов из L, M, N и др. уровней, края поглащения смещаются в сторону всё более длинных волн, т. е. для достижения более коротковолнового края поглощения, выбивания электрона с более глубокой внутренней оболочки, необходимо увеличить энергию пучка электронов, бомбардирующего анод, и следовательно увеличить потенциал, подаваемый на рентгеновскую трубку.

В атомах, подвергшихся бомбардировке, на соответствующих электронных орбиталях возникают электронные вакансии.

Т. к. система стремится иметь минимальный запас энергии, на образовавшийся вакантный уровень переходят электроны с более высокой электронной орбитали. Такой переход сопровождается испусканием кванта излучения с длиной волны, соответствующей разности энергий электронных уровней, участвующих в данном переходе, и появлением в спектре соответствующей линии.

Схема возбуждения и испускания рентгеновских спектральных линий

Система обозначения характеристических рентгеновских спектральных линий. Серии рентгеновских спектральных линий.

Рентгеновские атомные спектры испускания состоят из отдельных спектральных линий. Линии испускания квантов имеют энергию несколько меньшую энергии ионизации (энергии краев поглощения), поэтому частота линий характеристического спектра меньше частоты соответствующего края поглощения.

Самым коротковолновым явл. К-край, соответствующий вырыванию электрона из 1s слоя. При вырывании электронов из L, M, N и др. уровней, края поглащения смещаются в сторону всё более длинных волн, т. е. для достижения более коротковолнового края поглощения, выбивания электрона с более глубокой внутренней оболочки, необходимо увеличить энергию пучка электронов, бомбардирующего анод, и следовательно увеличить потенциал, подаваемый на рентгеновскую трубку.

В рентгеноспектральном анализе характеристические линии испускания элемента обозначают символом или порядковым номером элемента и обозначением линии его спектра.

Cu К_α или 29 К_α

Схема возбуждения и испускания рентгеновских спектральных линий

Методы возбуждения рентгеновских спектров. Принцип действия рентгеновской трубки.

Образование электронной вакансии и возбуждение рентгеновского спектра может происходить:

• при мощной электронной бомбардировке анализируемого вещества в вакууме;

• при облучении в-ва потоком рентгеновских квантов, имеющих необходимую энергию, испускаемых при опред. условиях анодом рентгеновской трубки;

• при облучении анализируемого в-ва γ-излучением, испускаемым радиоактивным источником.

Рентгеновская трубка представляет собой стеклянный или металлостеклянный баллон, в котором расположены 2 электрода и создается вакуум 10^-4-10^-6мм. рт. ст.. На трубку подается высокое напряжение от стабилизирующего источника постоянного тока мощностью около 5 кВт.

На катод 2 от отдельного источника подается ток накала. Накаляясь, катод испускает электроны, которые благодаря разности потенциалов, приложенных между катодом и анодом, разгоняются до скорости, сопоставимой со скоростью света. Эти электроны имеют энергию до 100 кэВ и бомбардируют анод (мишень), который изготовлен из вольфрама, Мо, Рt или Сu, т. е. из металлов, имеющих высокую Т_пл. и хорошую теплопроводность. На анод может быть помещен анализируемый образец. Возникающее при бомбардировке анода рентгеновское излучение – полихроматическое.

Спектр излучения включает не только дискретные характеристические линии атомов, входящих в состав анода или образца, но и широкую непрерывную составляющую - тормозное излучение.

Тормозное излучение возникает в следствие того, что часть бомбардировочных электронов попадает между атомами материала анода или анализ. в-ва и непрерывно теряет свою энергию в результате перемещения вглубь анода.

Вторая часть электронов, идущих от катода, проникает внутрь материала анода и выбивает из него электроны. В атомах, подвергшихся бомбардировке, на соответствующих электронных орбиталях возникают электронные вакансии.

Т. к. система стремится иметь минимальный запас энергии, на образовавшийся вакантный уровень переходят электроны с более высокой электронной орбитали. Такой переход сопровождается испусканием кванта излучения с длиной волны, соответствующей разности энергий электронных уровней, участвующих в данном переходе (характеристическое излучение), и появлением в спектре соответствующей линии (характ. линии).