Упрощенная система рентгеновских уровней
Для наглядного представления о происхождении рентгеновских спектров и их структуре принято пользоваться понятием “энергетические уровни” (также как и во всех изученных ранее методах спектрального анализа)
Энергетические уровни принято обозначать теми же буквами, что и электронные слои в атоме (K, L, M, N ). Но физический смысл этих букв при обозначении уровня совсем иной.
Электронный слой - место в атоме, где расположены электроны.
Рентгеновский уровень - условное изображение внутренней энергии атома, в котором отсутствует один электрон.
Буквой “К” обозначается уровень, соответствующий энергии атома у которого отсутствует один электрон в “К” слое. Соответственно, L-уровень - энергия атома, из которого удален L-электрон и.т.д.
За нулевой рентгеновский уровень принимают энергию атома, из которого удален оптический электрон. Из всего сказанного ясно, что самым высоким следует изображать К-уровень, затем (ниже) L- уровень и т.д.
Рис.1. Упрощенная схема рентгеновских уровней и переходов между ними.
Закон Мозли.
Английский физик Мозли в 1913 г. установил связь энергии рентгеновского уровня с зарядом ядра элемента.
Рентгеновский уровень определяется уравнением:
(1)
Где R - атомная постоянная Ридберга, равная 109677,6 см-1 ,
h - постоянная Планка,
С - скорость света в вакууме.
n - главное квантовое число выбитого электрона (номер уровня),
Z - заряд ядра атома,
- постоянная внутреннего экранирования, величина, учитывающая экранирование заряда ядра внутренними электронами.
(Z - ) - эффективный заряд ядра. (Иначе говоря - это заряд, действующий на электроны рассматриваемого слоя)
R·h·C - величины постоянные, обозначив их буквой "А" получим упрощенное выражение закона Мозли.
(2)
Можно еще упростить уравнение 2, если пренебречь значением учитывая, что оно во много раз меньше Z. (для 20<Z< 30 = 1,13; для Z> 62 = 7,9).
В
этом случае:
(3)
Энергия рентгеновского уровня прямо пропорциональна квадрату заряда ядра элемента.
Это означает, что рентгеновские уровни разных элементов отличатся друг от друга
Закон Мозли устанавливает однозначную связь между энергией испускаемых рентгеновских фотонов и атомными номерами элементов пробы, которая исследуется.
Например, если удален электрон из К слоя, атом находится на К уровне. Когда на свободное место в К слое перешел электрон из L- слоя, атом оказался на L уровне. При этом может выделиться фотон, с энергией равной разности уровней K - L
(4)
Большое число одинаковых фотонов собираются в одну спектральную линию в рентгеновском спектре.
На рисунке 1 стрелками, направленными вниз, показаны энергетические переходы, благодаря которым появляются линии в рентгеновском спектре. Как видно из рисунка все линии в спектре распределены по сериям. Название серии определяется буквой, обозначающей слой из которого удален электрон.
Например: все линии, соответствующие переходу с “К” уровня составляют “К” - серию линий, с “L” - уровня - L - серию и т.д.
Линию, соответствующую переходу на ближайший уровень обозначают индексом ““, на следующий - индексом ““ и т.д.
Например, линия, соответствующая переходу L М обозначается “ L“, а линия перехода K M - “K“. Все линии К-серии расположены в наиболее коротковолновой области спектра. Самой длинноволновой линией данной серии является линия под индексом ““. (Обратите внимание на то, что расстояние между соседними уровнями уменьшается при переходе от верхних уровней к нижним)