小中大【转载】 X射线荧光光谱分析的基本原理
元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁,同时发射出具有一定特殊性波长的X射线,根据莫斯莱定律,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:
λ=K(Z− s) −2
式中K和S是常数。
而根据量子理论,X射线可以看成由一种量子或光子组成的粒子流,每个光具有的能量为:
E=hν=h C/λ
式中,E为X射线光子的能量,单位为keV;h为普朗克常数;ν为光波的频率;C为光速。
因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析。
A—X射线管;B—试料;C—准直器;D—分光晶体;E—探测器
由X射线管(A)发射出的X射线(称为激发X射线或一次X射线)照射到试料(B),试料(B)中的元素被激发而产生特征辐射(称为荧光X射线或二次X射线)。荧光X射线通过准直器(C)成为近似平行的多色光束投向晶体(D)时,对于某一选定的晶体和入射角位置,只有一种波长满足布拉格衍射公式:
式中:n—衍射击级数,一般用一级衍射击,即n=1;
λ—波长,nm;
d—分光晶体的晶面间距,nm;
θ—入射光束与晶体表面的夹角。
衍射光束在与入射光束成2θ角的方向出射,并由位于该方向的探测器(E)所接收,根据测得谱线的波长识别元素,而元素某一特征谱线的强度又与该元素在试料中的含量相关,从而可根据谱线强度求得其含量。