X射線光譜法簡(jiǎn)介

X射線光譜法

（簡(jiǎn)介）

2班03081040X射線

1895年倫琴（W.C.Roentgen）研究陰極射線管時(shí)，發(fā)現(xiàn)管的對(duì)陰極能放出一種有穿透力的肉眼看不見(jiàn)的射線。由于它的本質(zhì)在當(dāng)時(shí)是一個(gè)"未知數(shù)"，故稱之為X射線。

是由于高能電子的減速運(yùn)動(dòng)或原子內(nèi)層軌道電子躍遷所產(chǎn)生的短波電磁輻射。X射線和可見(jiàn)光一樣屬于電磁輻射，但其波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短得多，在10-6—10nm。在X射線光譜法常用波長(zhǎng)在0.01—2.5nm。由于X射線屬于電磁波，所以能產(chǎn)生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等現(xiàn)象。大多數(shù)關(guān)于X射線光學(xué)性質(zhì)的研究及其應(yīng)用都集中在散射和衍射現(xiàn)象上，尤其是衍射方面。X射線衍射方法是當(dāng)今研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的主要方法。并且由于其波長(zhǎng)小，頻率高，在醫(yī)學(xué)等很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。像：X光機(jī)。在這里我介紹的是它在化學(xué)分析中的一種應(yīng)用：X光譜分析法。光譜分析法按應(yīng)用的X光的性質(zhì)不同可以分為：X射線熒光法，X射線吸收法，X射線衍射法這些方法應(yīng)用的儀器相差不多,都包括：光源、入射輻射波長(zhǎng)限定裝置、試樣臺(tái)、輻射監(jiān)測(cè)器或變換器、信號(hào)處理和讀取器。也就是都必須經(jīng)歷：X射線的產(chǎn)生、處理（波長(zhǎng)等）、檢測(cè)三個(gè)步驟。此外，還有X射線的防護(hù)。

下面我將詳細(xì)介紹一下相關(guān)的流程：X射線的產(chǎn)生分析中常用的光源是X射線管，一般是由一個(gè)帶鈹窗口（可以透過(guò)X射線）的防護(hù)線的重金屬罩和一個(gè)具有絕緣性能的真空玻璃罩組成的套管。它有兩個(gè)電極：作為陰極的用于發(fā)射電子的燈絲（鎢絲）和作為陽(yáng)極的用于接受電子轟擊的靶（又稱對(duì)陰極）。X射線管供電部分至少包含有一個(gè)使燈絲加熱的低壓電源和一個(gè)給兩極施加高電壓的高壓發(fā)生器。由于總是受到高能量電子的轟擊，陽(yáng)極還需要強(qiáng)制冷卻。燈絲被通電加熱至高溫時(shí)（達(dá)2000℃），大量的熱電子產(chǎn)生，在極間的高壓作用下被加速，高速轟擊到靶面上。高速電子到達(dá)靶面，運(yùn)動(dòng)突然受阻，其動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，以X射線的形式放出，這種形式產(chǎn)生的輻射稱為軔致輻射。轟擊到靶面上電子束的總能量只有極小一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能靶面發(fā)射的X射線能量與電子束總能量的比率ε可用下面的近似公式表示：ε=1.1×10－9ZV（1.1）除了X射線管許多放射性物質(zhì)可以用于X射線熒光和吸收分析。常用的放射性元素為：55Fe57Co109Cd,125I.X射線的處理主要是波長(zhǎng)的處理，在X射線衍射實(shí)驗(yàn)中：如果所用X射線波長(zhǎng)較短，正好小于樣品組成元素的吸收限，則X射線將大量地被吸收，產(chǎn)生熒光現(xiàn)象，造成衍射圖上不希望有的深背景；如果所用X射線波長(zhǎng)正好等于或稍大于吸收限，則吸收最小。

因此進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該依據(jù)樣品的組成來(lái)合理地選擇工作靶的種類：應(yīng)保證樣品中最輕元素（鈣和原子序數(shù)比鈣小的元素除外）的原子序數(shù)比靶材元素的原子序數(shù)稍大或相等。如果靶材元素的原子序數(shù)比樣品中的元素原子序數(shù)大2～4，則X射線將被大量吸收因而產(chǎn)生嚴(yán)重的熒光現(xiàn)象，不利于衍射分析。

使X射線管產(chǎn)生的X射線單色化，常采用濾波片法。利用濾波片的吸收限進(jìn)行濾波，除去不需要的Kβ線，使用濾波片是最簡(jiǎn)單的單色化方法，但只能獲得近似單色的X射線。原子序數(shù)低于靶元素原子序數(shù)1或2的元素，其K吸收限波長(zhǎng)正好在靶元素的Kα和Kβ波長(zhǎng)之間，因此對(duì)于每種元素作為靶的X射線管，理論上都能找到一種物質(zhì)制成它的Kβ濾波片。使用Kβ濾波片還可以吸收掉大部分的“白色”射線（圖1.8）。濾波片的厚度通常按Kβ的剩余強(qiáng)度為透過(guò)濾波片前的0.01計(jì)算，此時(shí)Kα通常被衰減掉一半此外還有X射線單色器，是由一對(duì)光束準(zhǔn)直器和色散元件組成，是X射線光譜儀的部分。X射線的檢測(cè)

常用的檢測(cè)手段

熒光板。熒光板是將ZnS、CdS等熒光材料涂布在紙板上制成，常用來(lái)確認(rèn)光源產(chǎn)生的原射線束的存在。照相方法。X射線與可見(jiàn)光一樣，能夠使感光乳劑感光。當(dāng)感光乳劑受到X射線照射后，AgBr顆粒離解形成顯影核，經(jīng)過(guò)顯影而游離出來(lái)的單質(zhì)銀微粒使感光處變黑。是最早使用的檢測(cè)并記錄X射線的方法，直到現(xiàn)在仍是一種常用的基本方法。正比計(jì)數(shù)管（PC）。正比計(jì)數(shù)管（PC）和電離室、蓋革計(jì)數(shù)管都是氣體器件，但后兩者在X射線分析儀器中已經(jīng)不常使用。PC一般以一個(gè)內(nèi)徑約25mm的金屬圓筒作為陰極，圓筒中心有一根拉成直線的鎢絲作為陽(yáng)極，筒內(nèi)充滿0.5至1個(gè)大氣壓的氬氣或氙氣，并加有10%左右的淬滅氣體（一般為CH4、乙醇或Cl2）。圓筒的側(cè)壁或一端設(shè)有入射X射線的“窗”，由于衍射實(shí)驗(yàn)使用的X射線的多為軟X射線，因此要求窗壁極薄，所用窗口材料通常為云母片或者鈹片。此外還有：NaI(Tl)閃爍計(jì)數(shù)管(SC)，位敏正比計(jì)數(shù)管(多絲正比計(jì)數(shù)管)，位敏正比計(jì)數(shù)管(多絲正比計(jì)數(shù)管)，X射線電視，就不詳加介紹現(xiàn)在我就大體介紹一下各種方法。通俗一點(diǎn)說(shuō)就是當(dāng)用X射線照射物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象和吸收現(xiàn)象，還會(huì)發(fā)生特征X熒光射線，熒光的波長(zhǎng)與元素的種類有關(guān)，據(jù)此可進(jìn)行定性分析；熒光的強(qiáng)度與元素的含量有關(guān)，據(jù)此可進(jìn)行定量分析。它可能是元素分析中最為有效的方法之一。但它也有局限性：不能分析原子序數(shù)小于5的元素；靈敏度不夠高；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)式樣要求很嚴(yán)格。X射線吸收法X射線吸收法的應(yīng)用遠(yuǎn)不及X射線熒光法廣泛。因?yàn)樗婕暗募夹g(shù)與熒光法比起來(lái)相當(dāng)麻煩和耗時(shí)。它是利用X輻射線或帶的減弱來(lái)進(jìn)行分析的，一般僅用于由輕元素組成基體的試樣里的單個(gè)原先子序數(shù)的測(cè)定。X射線衍射法X射線照射到晶體上發(fā)生散射，其中衍射現(xiàn)象是X射線被晶體散射的一種特殊表現(xiàn)。晶體的基本特征是其微觀結(jié)構(gòu)（原子、分子或離子的排列）具有周期性，當(dāng)X射線被散射時(shí)，散射波中與入射波波長(zhǎng)相同的相干散射波，會(huì)互相干涉，在一些特定的方向上互相加強(qiáng)，產(chǎn)生衍射線。晶體可能產(chǎn)生衍射的方向決定于晶體微觀結(jié)構(gòu)的類型（晶胞類型）及其基本尺寸（晶面間距，晶胞參數(shù)等）；而衍射強(qiáng)度決定于晶體中各組成原子的元素種類及其分布排列的坐標(biāo)。晶體衍射方法是目前研究晶體結(jié)構(gòu)最有力的方法。

根據(jù)研究對(duì)象的不同可以分為多晶粉末法和單晶衍射法。前者是