X射线特征光谱
第2节 X射线的发射谱
【X射线的跃迁】 K线系：内层电子从 n >1 跃迁到 n=1 的结果。 K波长最长，强度最大，是 n=2 跃迁到n=1的结果； K是 n=3 跃迁到 n=1的结果。
X射线K线系莫塞莱定律
【特征谱的特征】
1. 各个元素的标识谱有相似的结构，不同于可见光彼此可以 相差很大。 2. 按原子序数的次序比较各元素的特征谱，谱线的波长依次 变化，没有周期性变化。 3. X射线的结构与化学成分无关，例如用两种铜的化合物作成 的靶，X射线发射谱相同。 4. X射线管需要几万伏的高压，X射线具有比可见光大的能量.
L线系：内层电子从 n >2 跃迁到 n=2的结果。 M线系：内层电子从 n >3 跃迁到 n=3 的结果。 【X射线的能级】
X射线特征谱来源于原子内层电子的跃迁，但是内层的电子是填 满的，根据泡利原理，不可能再增加电子。要产生X射线特征谱， 就需要把原子内层电子电离出去，使原子处于电离态。 由于满壳层的轨道角动量、自旋角动量和总角动量都为零，所 以少一个电子的壳层的上述角动量分别与该壳层只有一个电子 的角动量相同（方向相反）。由此推知，少一个电子的原子态 （电离态）与只有一个电子（碱金属）的原子态相同。
90 莫塞莱发现：如果把各元 素X射线的波数除于 R 的 平方根对原子序数 Z 作 标绘，得到线性关系。 莫塞莱为 K 线列出一个 公式如下：
1
2
80
70 60
50
R 40
30 20
1 2 1 ~ R( Z 1) 2 2 1 2
X射线荧光光谱分析技术简介1
3.3 标样制作
要做一个测定铝粉的标样如何制作？
1 基础理论与知识
利用X射线荧光进行元素定性、定量分析工作，需要以下 三方面的理论基础知识：
三大定律
1 莫塞莱定律
2
布拉格定 律
3
朗伯-比尔 定律
莫塞莱定律(Moseley's law)，是反映各元素X射线特征光谱规律 的实验定律。1913 年H.G.J.莫塞莱研究从铝到金的38种元素的X射 线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列 的序号成线性关系。
2.2 分光系统
分光系统的主要部件是晶体分光器，它的作用是通过晶体衍射现象把 不同波长的X射线分开。根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ，当波长为λ的X射 线以θ角射到晶体，如果晶面间距为d，则在出射角为θ的方向，可以观测 到波长为λ=2dsinθ的一级衍射及波长为λ/2，λ/3等高级衍射。改变θ角，可 以观测到另外波长的X射线，因而使不同波长的X射线可以分开。
2.3 检测记录系统
X射线荧光光谱仪用的检测器有流气正比计数器和闪烁计数器。
上图是流气正比计数器结构示意图。它主要由金属圆筒负极和芯线正 极组成，筒内充氩（90%）和甲烷（10%）的混合气体，X射线射入管内， 使Ar原子电离，生成的Ar+在向阴极运动时，又引起其它Ar原子电离，雪 崩式电离的结果，产生一脉冲信号，脉冲幅度与X射线能量成正比。所以 这种计数器叫正比计数器，为了保证计数器内所充气体浓度不变，气体一 直是保持流动状态的。流气正比计数器适用于轻元素的检测。
X射线光谱分析报告
碰撞 内层电子跃迁↑H
空穴
外层电子跃迁↓L
电子能 谱分析
自由电子
原子内吸收
另一电子激发
Auger电子：次级光电子 各元素的Auger电子能量固定；（电子能谱分析法的基础）
竞争
Auger效应
荧光辐射
几率
Z<11的元素；
重元素的外层 空穴；
重元素内 层空穴； K, L层；
14:48:28
Moseley 定律
固体试样时，采用 m = l /
（ ：密度）；
14:48:27
X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；
m
kZ 43
NA Ar
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；
14:48:28
（1）X射线管(光源)
分析重元素：钨靶 分析轻元素：铬靶
靶材的原子序数越大， X光管压越高，连续谱强度 越大。
14:48:28
（2）晶体分光器
晶体色散作用； =2dsin 平面晶体分光器 弯面晶体分光器
14:48:28
（3）检测器
脉冲信号
正比计数器(充气型)：
工作气 Ar；抑制气 甲烷
X-射线光谱
X-射线吸收光谱 X-射线荧光分析 X-射线衍射分析
14:48:27
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 X-射线光电子能谱 紫外光电子能谱
Auger电子能谱
X射线光谱法
灯丝被通电加热至高温时（达2000℃），大量的热电子产生， 在极间的高压作用下被加速，高速轰击到靶面上。高速电子到达 靶面，运动突然受阻，其动能部分转变为辐射能，以X射线的形 式放出，这种形式产生的辐射称为轫致辐射。轰击到靶面上电子 束的总能量只有极小一部分转变为X射线能
靶面发射的X射线能量与电子束总能量的比率ε可用下面 的近似公式表示： ε= 1.1×10－9 Z V （1.1）
因此进行衍射实验时应该依据样品的组成来合理地选择工作靶的 种类：应保证样品中最轻元素（钙和原子序数比钙小的元素除外） 的原子序数比靶材元素的原子序数稍大或相等。如果靶材元素的 原子序数比样品中的元素原子序数大2～4，则X射线将被大量吸 收因而产生严重的荧光现象，不利于衍射分析。
使X射线管产生的X射线单色化，常采用滤波片法。利用滤波片的吸收 限进行滤波，除去不需要的Kβ线，使用滤波片是最简单的单色化方法， 但只能获得近似单色的X射线。原子序数低于靶元素原子序数1或2的 元素，其K吸收限波长正好在靶元素的Kα和Kβ波长之间，因此对于每 种元素作为靶的X射线管，理论上都能找到一种物质制成它的Kβ滤波 片。使用Kβ滤波片还可以吸收掉大部分的“白色” 射线（图1.8）。 滤波片的厚度通常按Kβ的剩余强度为透过滤波片前的0.01计算，此时 Kα通常被衰减掉一半
6—10nm。在X射线光谱法常用波长在0.01—2.5nm。
由于X射线属于电磁波，所以能产生反射、折射、散射、干涉、衍 射、偏振和吸收等现象。大多数关于X射线光学性质的研究及其应 用都集中在散射和衍射现象上，尤其是衍射方面。X射线衍射方法 是当今研究物质微观结构的主要方法。并且由于其波长小，频率高， 在医学等很多领域应用广泛。像：X光机。
正比计数管（PC）。正比计数管（PC）和电离室、盖革计数管 都是气体器件，但后两者在X射线分析仪器中已经不常使用。 PC一般以一作为阳极，筒内充满0.5至1个大气压的氩 气或氙气，并加有10%左右的淬灭气体（一般为CH4、乙醇或 Cl2）。圆筒的侧壁或一端设有入射X射线的“窗”，由于衍射 实验使用的X射线的多为软X射线，因此要求窗壁极薄，所用窗 口材料通常为云母片或者铍片。
X射线荧光光谱(XRF)分析
消除基体效应
基体效应会影响XRF的测 量结果，因此需要采取措 施消除基体效应，如稀释 样品或添加标准物质。
固体样品的制备
研磨
将固体样品研磨成细粉，以便进行XRF分析。
分选
将研磨后的样品进行分选，去除其中的杂质和粗 颗粒。
压片
将分选后的样品压制成型，以便进行XRF测量。
液体样品的制备
1 2
稀释
将液体样品进行稀释，以便进行XRF分析。
定性分析的方法
标样法
01
通过与已知标准样品的荧光光谱进行比较，确定样品中元素的
种类。
参考法
02
利用已知元素的标准光谱，通过匹配样品中释放的X射线荧光光
谱来识别元素。
特征谱线法
03
通过测量样品中特定元素的特征谱线，与标准谱线进行对比，
确定元素的存在。
定性分析的步骤
X射线照射
使用X射线源照射样品，激发 原子中的电子跃迁并释放出X 射线荧光光谱。
XRF和ICP-AES都是常用的元素分析方法，ICP-AES具有更高的灵敏度和更低 的检测限，适用于痕量元素分析，而XRF具有更广泛的应用范围和更简便的操 作。
XRF与EDS的比较
XRF和EDS都是用于表面元素分析的方法，EDS具有更高的空间分辨率，适用于 微区分析，而XRF具有更广泛的元素覆盖范围和更简便的操作。
XRF分析的局限性
01
元素检测限较高
对于某些低浓度元素，XRF的检 测限相对较高，可能无法满足某 些应用领域的精度要求。
02
定量分析准确性有 限
由于XRF分析基于相对强度测量， 因此对于不同样品基质中相同元 素的定量分析可能存在偏差。
03
对非金属元素分析 能力有限
材料测试技术第1章X射线的性质2
五、X射线的探测与防护
• 探测：荧光屏、照相底片、辐射 探测器等。 • 防护：铅板、铅玻璃、铅橡皮工 作服、铅玻璃眼镜等。
Ｘ射线对物质晶体的研究？
波的干涉
(a) 同位相，相长干涉 (b) 反位相，相消干涉
(c) 存在一定位相差
1.X射线的波－粒二象性 2.连续X射线谱的特点 3.X射线产生的基本条件与基本性质 4.特征（标识）X射线的特点, 5.光电效应与俄歇效应 6.相干散射与非相干散射 7.什么叫特征X射线激发电压V激？
特征X射线小结
3）特征谱结构
K系特征谱 ： Kα、Kβ、Kγ,
Kα(Kα1、Kα2)
4）λ 与Z的关系
√1/λ ＝K(Z－σ )
荧光X射线光谱分析（XRF、XFS）
四、 X射线与物质的相互作用
散射 X射线作用于物质 吸收 透过→衰减
1
X射线的散射
X射线与物质内层电子作用时， 电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射与入射 X射线频率相同的电磁波，新的散射波之间可以发生 干涉作用。 X射线 光量子 →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 、频率相同，方向不同。
2. K的透射率计算：
滤波片的厚度已确定为15.3 m log [100 / I ] = 0.434×49.2×8.92×0.00153 log I = log100 - 0.291 I = 101.71 = 51.3 即在此条件下CuK辐射的透射率为51.3%。
多元素物质（机械混合物、固溶体或化合物）: μm = w1μm1 + w2μm2 + … 式中： w1，w2…－各元素的重量百分数 μm1，μm2…—各元素的质量吸收系数
X射线光谱法
5.2.1. X射线辐射源
5.2.1.1. X射线管
分析工作最常用的X射线光源是各种不同形状和方 式的高功率X射线管，一般是由一个带铍窗口(能透过X 射线)的防射线的重金属罩和一个具有绝缘性能的真空 玻璃罩组成的套管。
5.2.1. X射线辐射源
5.2.1.2.放射性同位素
许多放射性物质可以用于X射线荧光和吸收分析。通 常，放射性同位素封装在容器中防止实验室污染，并且套 在吸收罩内，吸收罩能够吸收除一定方向外的所有辐射。 多数同位素源提供的是线光谱。由于X射线吸收曲线的形 状，一个给定的放射性同位素．可以适合一定范围元素的 荧光和吸收研究。
5.1.1.2.电子束源产生的特征X射线
在对钼靶进行轰击后产生了两条强 的发射线（0.063和0.071nm），在0.04～ 0.06 nm还产生了一系列连续谱。在原子 序数大于23的元素中，钼的发射行为很 典型:与紫外的发射线相比，钼的X射线 非常简单;它由两个线系组成，短波称为 K系，长波称为L系。下表列举了部分元 素的特征X射线。
目前在X射线光谱分析中，特征线的符号系统 比较混乱，尚未达到规范化。通常，在一组线系中， α1线最强。除Kα2比Kβ1强以外，一般β1为第二条最 强线。元素中的各谱线都是用相应的符号来表示的。 上述能级图适用于大部分元素，能级差会随原子序 数增大而规律性的增大;而核电荷的增加也会提高最 低加速电压。
5.1.3. X射线的散射和衍射
X射线衍射所需条件有两个:1.原子层之间间距必 须与辐射的波长大致相当;2.散射中心的空间分布必须 非常规则。如果距离
AP+PC=nλ n为一整数，散射将在OCD相，晶体好象是在反 射X辐射。但是，
AP=PC=dsinθ d为晶体平面间间距。因此，光束在反射方向发 生相干干涉的条件为：
X射线荧光光谱分析技术介绍之一(理论)
如：Fe K 1
K series L series
特征谱线
谱线的相对强度
谱线 K1 K2 K1，2 K
相对强度 100 50 150 20
谱线 L1 L 1 L 2 L 3
相对强度 100 75 30 5
X射线的性质
All these effects occur at the same time!
X射线荧光光谱分析技术
一、基础理论 二、仪器的结构与分析条件的选择 三、定量分析方法和基体效应校正 四、SPECTRAplus 软件介绍
一、基础理论
X射线的产生
连续谱线 特征谱线
X射线的性质
吸收 散射 衍射
电磁辐射
能量范围 [keV] < 10-7 < 10-3 < 10-3 0.0017 - 0.0033 0.0033 - 0.1 0.11 - 100 10 - 5000 波长范围 cm to km mm to cm mm to mm 380 to 750 nm 10 to 380 nm 0.01 to 11.3 nm 0.0002 to 0.12 nm 电磁辐射类型 无线电波 微波 红外 可见光 紫外 X-rays，X 射线 γ 射线
SRS 3000 20 - 60 kV 5 - 100 mA
1 kW
Optimum settings are predefined in SPECTRAplus !!!
S4 EXPLORER
( > Mn ) ( K - Cr ) ( Si - Cl ) ( Be - Cl )
50 kV 40 kV 30 kV 20 kV
Graphite LiF 100
Compton
X射线特征光谱
用标准样品 标定出K和
算出波长
同时，莫塞莱定律也被并入整个量子力学的原子观。在一个 K 壳层电子 被弹出后，单独剩余在 K 壳层的另一个1S电子所扮演的角色，可以用薛 定谔方程式给予完整地合理解释。由于与本课程无关，不予讨论。
莫塞来定律的应用
根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征X射线谱线波长， 与已知的元素波长相比较，可以确定它是何元素。它是X射线光谱分析的 基本依据，也是X射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分析的理论基础
分析思路：
使未知物质发出 特征X射线 根据莫塞莱定律求 出原子序数
经过已知晶体 进行衍射
莫塞来定律
根据元素X射线在图上的位置, 就可定出该元素的原子序数
早期元素周期表是按原子量大小顺序排列的。如K(A=39.1) 在Ar(A=39.9)前；Ni(A=58.7)在Co(A=58.9)前。
由莫塞莱图给出 Kα－X射线波长是Ar:4.19 ；K:3.74 ； Co:1.79 ； Ni:1.66
1913年莫塞莱测量了从Al到Au共38种元素的X射线 的K线系，发现各元素发射的K线系波数的平方根 与原子序数Z成线性关系。
= K ( Z – ơ)
式中 K——与靶材物质主量子数有关的常数 Ơ——屏蔽常数，与一电子所在的壳层位置有关
莫塞来定律
采用原本芮得柏格式标记，莫塞莱 的 K-α 谱线和 L-α 谱线的公式可 以表达为： 1 2 1 ~ K R ( Z 1) ( 2 2 ) 1 2
莫塞来定律
由莫塞莱 K 线公式
~
K
1 1 R ( 2 - 2 )(Z - 1) 2 1 2
Ar K Co Ni 4.194A 3.74A 1.79A 1.66A
简述连续x射线谱、特征x射线谱产生原理及特点
简述连续x射线谱、特征x射线谱产生原理及特点
连续X射线谱：即元素在被X射线照射时，散射出一系列X射线，其频谱称为连续X射线谱。
产生原理是粒子（电子）学——艾伦散射理论（电磁力学规律），它将X射线折射扩散成连续的X射线，连续的X射线在光谱仪上把所不同的波长的X射线及其强度分布形成一张圆柱型频谱图。
特点是X射线能量分布组成的光谱，频谱图是一个圆柱型的线型图，正常情况下，X射线能量强度逐渐减小，能量逐渐向较高能量递增，具有满足K斯科(Klein)—纳曼(Nernst)统计平衡定律的双折射效应。
特征X射线谱：
特征X射线谱也称峰值X射线谱，是由元素在X射线照射时，电子由更高能量状态降低至更低能量状态时产生的X射线频谱。
产生原理是量子力学中冲撞原理?；ㄐ只Ｒ肌镂鞘逦?，即冲撞中的能量变化符合布居什定律，其特点是X 射线能量强度的分布，形成一系列X射线及其强度分布的光谱，其特征X射线谱图是一系列离散的高峰，X射线能量强度从低能量较强的高峰开始，到较高能量及较低能量的X射线分布衰减。
X射线特征谱
则 eUk -Ek Uk 称为靶材物质的k
层临界激发电压。 越靠近内层激发电压
越高； Uk还与Z有关。
1 2
mv 2
Wk = - Ek
特征谱线的波长
辐射谱线的能量为：
h
hc
En 2
En1
得莫塞莱定律：
1
K2 (Z )
其中：
K2
m e4
8
2 0
h
3c
1 n22
1 n12
R
1 n22
?r为里德伯常数21nnhchee?????12????zk????????????????????212221223204211118nnrnnchmek?22212111rzkznn?????????k层激发k系射线
X射线特征谱
选自第一章：X射线的性质 第4节:X射线谱
内容回顾
I
25KV
20
15
特征谱的应用
电子探针、Ｘ射线显微分析
特征谱的应用
X射线衍射
(002)(101) (100)
(110)
GaN
(112)
Ga O
(103)
23
(102)
(211)
925OC
900OC
875OC
850OC
20
30
40
50
60
70
80
2
1 n12
R为里德伯常数
1
1 R(
n12
1 ) (Z
n2 2
) K2 (Z
)
特征X射线的命名方法
EL EM
EN
EK
β L系
α
M系 α
α β K系 γ
元素x射线特征谱线
元素x射线特征谱线元素X射线特征谱线是X射线光谱学中的重要概念，它指的是每种元素都具有独特的X射线发射谱线，这些谱线是由元素的原子结构决定的。
这些特征谱线可以被用来确定材料中元素的种类和含量。
一、X射线特征谱线的产生当高速电子撞击物质时，会使其原子中的电子从高能级跃迁到低能级，并释放出具有特定波长的X射线。
每种元素的原子结构都不同，因此它们在受到高速电子撞击时释放出的X射线波长也各不相同。
这些X射线波长是唯一的，可以用来识别和区分不同的元素。
二、特征谱线的识别和应用每种元素都有其独特的X射线特征谱线，这些谱线可以被用来确定元素的种类。
例如，在材料科学、化学分析、环境监测等领域中，可以使用X射线荧光光谱仪来测量样品中的元素种类和含量。
当X射线照射到样品上时，会激发出元素的特征谱线，通过对这些谱线的识别和分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
此外，特征谱线也可以被用来研究材料的晶体结构和化学键等信息。
例如，在材料科学中，可以使用X射线衍射仪来研究材料的晶体结构和相变等现象。
通过对特征谱线的分析和比较，可以推断出材料的晶体结构和化学键等信息。
三、特征谱线的能量关系除了波长之外，每个特征谱线还具有特定的能量。
元素的原子结构决定了其特征谱线的能量，因此这些能量也是唯一的。
特征谱线的能量可以用来进一步研究和应用。
例如，可以通过测量特征谱线的能量来确定元素的化学状态。
在材料科学中，不同化学状态的元素可能会影响材料的性能和稳定性。
通过对特征谱线能量的测量和分析，可以进一步了解材料的性质和行为。
四、特征谱线的强度除了波长和能量之外，每个特征谱线还具有特定的强度。
强度指的是每个特征谱线的亮度或者强度，它与元素的含量和物理状态等因素有关。
在应用中，可以通过测量特征谱线的强度来进一步研究和应用。
例如，可以通过比较不同样品中同一元素特征谱线的强度来比较它们的含量。
此外，还可以通过测量特征谱线的强度来研究元素的物理状态和化学反应过程等。
现代分析测试技术 X射线光谱分析
连续转动 在样品上方放置一块分光晶体，利用晶 体衍射把不同的X射线分开。 特定方向产生衍射： 2dsin = 面向衍射束安置一个接收器．便可记录 下不同波长的x射线。
12
在波谱仪中，X射线信号来自样品表层的一个极小的体积，
可将其看作点光源，由此点光源发射的X射线是发散的，故能
定点定性分析 线扫描分析 面扫描分析
定点定量分析
24
1、定点定性分析
对试样某一选定点（区域）进行定性成分分析，以确定
该点区域内存在的元素。
原理如下： 关闭扫描线圈，使电子束定在需要分析的某一点上，激 发试样元素的特征 X 射线。用谱仪探测并显示 X射线谱，根 据谱线峰值位置的波长或能量确定分析点区域的试样中存在
并测得它们的强度射线光谱分析。据此进行材料的成
分分析，这就是X射线光谱分析。
2
用于探测样品受激产生的特征射线的波长和强度的设备，
称为X射线谱仪；有以下两种： 利用特征X射线的波长不同来展谱，实现对不同波长 X射线 检测的波长色散谱仪(WDS)，简称波谱仪。 利用特征X射线的能量不同来展谱，实现对不同能量 X射线 检测的能量色散谱仪(EDS)，简称能谱仪。 区别：
由于Li离子极易扩散的特性，使用和保存都
要在液氮温度下。
X光子电脉冲信号（脉冲高度与被吸收光子的能量成正比）
6
11.2.2 能量色散谱仪的结构和工作原理
能量色散谱仪主要由Si(Li)半导体探测器、多道脉冲高度
分析器以及脉冲放大整形器和记录显示系统组成。
X光子电流脉冲
电压脉冲
锂漂移硅能谱仪方框图
脉冲高度与被 吸收的光子能 量成正比
x射线特征谱与吸收实验__理论说明
x射线特征谱与吸收实验理论说明1. 引言1.1 概述x射线特征谱与吸收实验是研究物质的内部结构和性质的重要手段。
通过分析物质在x射线相互作用下产生的特征谱，可以了解其组成和电子结构等信息。
同时，吸收实验可通过测量物质对x射线吸收的能量进行定性和定量分析，从而揭示物质中不同元素的存在和含量。
1.2 文章结构本文将首先介绍x射线特征谱的原理，并探讨谱线特征及其分析方法。
接着，将详细解释吸收现象，并介绍相关实验装置和原理。
此外，还将讨论数据分析与结果展示方面的内容。
随后，将探讨x射线特征谱与吸收实验在物质成分分析与鉴定、结构表征和相变研究以及材料性能改进与调控等领域的应用进展。
最后，在结论部分总结本文所述内容，并展望未来在该领域中可能出现的新问题和挑战。
1.3 目的本文旨在系统介绍x射线特征谱与吸收实验的理论知识和应用实践，帮助读者全面了解这一重要技术在物质科学研究中的作用。
同时，通过本文的阐述，读者将能够深入理解x射线特征谱与吸收实验的原理和分析方法，并掌握其在不同领域中的应用。
最终，我们期望本文能为相关研究工作者提供参考和启发，并促进该领域的学术交流和技术进步。
2. x射线特征谱2.1 原理介绍x射线特征谱是指物质受到x射线照射后所产生的能谱。
当物质被x射线激发时，原子内部的电子会从低能级跃迁到高能级，形成空位。
这些空位会被外部的电子填补，释放出多余的能量，即特征辐射。
该辐射具有良好的分辨率和灵敏度，可用于研究物质的化学组成和结构信息。
2.2 谱线特征x射线特征谱中的“谱线”是指由不同原子跃迁所产生的特殊能量峰值信号。
每个元素都有一组特定的谱线，这些谱线可以用来确定样品中存在的元素种类及其相对含量。
常见的x射线吸收光谱中的主要谱线包括Kα、Kβ、Lα等。
2.3 分析方法根据不同元素在x射线束下与物质发生相互作用时所产生不同能级间跃迁而得到不同波长或能量特征辐射，通过分析和测量这些辐射信号，可以获得有关样品的定性和定量信息。
能量色散x射线荧光光谱仪特征强度_概述及解释说明
能量色散x射线荧光光谱仪特征强度概述及解释说明1. 引言1.1 概述能量色散X射线荧光光谱仪（EDXRF）是一种广泛应用于材料分析的仪器，它通过测量材料中元素的特征X射线来确定样品的组成。
该技术具有快速、无损且非破坏性的优点，因此在金属、土壤、矿石等领域得到了广泛应用。
1.2 文章结构本文将首先对能量色散X射线荧光光谱仪的特征强度进行概述，并解释其原理和应用领域。
接着，我们将详细介绍特征强度的定义及计算方法，并给出实例说明以便读者更好地理解。
然后，文章将分析特征强度受到的影响因素，包括样品特性、仪器参数和实验条件等，并提供相应的分析解释。
最后，我们将对整篇文章进行总结，并展望能量色散X射线荧光光谱仪特征强度在未来的研究前景。
1.3 目的本文旨在通过对能量色散X射线荧光光谱仪特征强度进行概述和解释，以提供读者对该仪器技术的全面了解。
通过详细介绍特征强度的定义、计算方法和影响因素，我们希望能够帮助读者更好地理解该技术，并为进一步研究和应用提供参考。
同时，本文还将展望该技术在未来的发展前景，以推动相关领域的进一步研究和应用。
2. 能量色散x射线荧光光谱仪特征强度：2.1 仪器描述：能量色散X射线荧光光谱仪是一种用来分析样品中元素组成的仪器。
它主要由以下部分组成：X射线源、样品台、能量色散系统和探测器。
其中，X射线源产生高能X射线，照射到样品上并激发样品中的原子产生荧光信号。
样品台用于放置和固定待测样品，通常可以通过移动来调整位置。
能量色散系统由晶体和电子学器件组成，它的主要作用是将不同能量的荧光信号分离开来，使得探测器可以准确地测量每个能量上的荧光强度。
探测器则用于测量从样品中发出的荧光辐射，并将其转化为电信号。
2.2 原理解释：在能量色散X射线荧光光谱仪中，当高能X射线照射到样品上时，其中一部分X 射线会被吸收并激发了样品内部的原子。
被激发的原子在经过一段时间后会回到基态，并向外辐射出能量与特定原子构型相关的荧光信号。
第2节 X射线的发射谱
【问题】连续谱和特征谱分别是如何产生的？都是原子能级 的跃迁吗？
二、X射线的连续谱
【产生机制】快速电子射到阳极上,受到阳极中原子核的库仑 场作用就会骤然减速，由此伴随产生的辐射称 之为轫致辐射。由于电子速度连续变化，所以 产生连续谱。 【产生条件】仅当电子能量不超过某一限度时，才只发射连 续谱。 【特 征】 强度随波长变化，有明显的极值（min）. min与材料无关，只与加速电压有关，当加 速电压增高时min减小。
X射线K线系莫塞莱定律
【特征谱的特征】
1. 各个元素的标识谱有相似的结构，不同于可见光彼此可以 相差很大。 2. 按原子序数的次序比较各元素的特征谱，谱线的波长依次 变化，没有周期性变化。 3. X射线的结构与化学成分无关，例如用两种铜的化合物作成 的靶，X射线发射谱相同。 4. X射线管需要几万伏的高压，X射线具有比可见光大的能量.
三、X射线的特征（标识）谱
特征X射线谱是由英国的巴克拉首先发现的。他观察到： 从任何给定元素中发出的特征谱包含若干系列，按辐射的 硬度（贯穿能力）递减次序可以标以K、L、…等，K系列 包含K、K 、K ，其中K最强，实际上是由两根谱线构 成的（1和2）。L系列包含L 、L 、L ，…因特征谱的 发现使他获1917年的诺贝尔物理奖。
1 2 mv eV hc 消耗在靶上的热能 由能量守恒: 2
通常 :
eV h hc
（为转化为光子能量的比例系数)
1时，eV hc
连续变化
; 0时， eV h 0
连续变化
min
连续谱的能量来自电子动能,因而min 与阳极材料无关。 hc 1.24 min nm eV V (kV) 由于V和min均可以由实验测定，因此可以用这个公式来测定普 朗克常数。1915年，杜安和亨特用这个方法测量普朗克常数与 用光电效应的方法测量的h值完全一致，进一步说明普朗克常数 的普适性。称之为量子极限，是量子论正确性的又一证明。
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根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征X射线谱线波长， 与已知的元素波长相比较，可以确定它是何元素。它是X射线光谱分析的 基本依据，也是X射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分析的理论基础
分析思路：
使未知物质发出 特征X射线
经过已知晶体 进行衍射
根据莫塞莱定律求 出原子序数
用标准样品 标定出K和
莫塞来定律
由莫塞莱 K 线公式
~K
R(112
-
1 22
)(Z
-1)2
18 Ar 4.194A
可算出 Z
121.6
1 Nhomakorabea19 27
K Co
3.74A
1.79A
28 Ni 1.66A
莫塞来定律的应用
算出波长
同时，莫塞莱定律也被并入整个量子力学的原子观。在一个 K 壳层电子 被弹出后，单独剩余在 K 壳层的另一个1S电子所扮演的角色，可以用薛 定谔方程式给予完整地合理解释。由于与本课程无关，不予讨论。
1913年莫塞莱测量了从Al到Au共38种元素的X射线 的K线系，发现各元素发射的K线系波数的平方根 与原子序数Z成线性关系。
= K ( Z – ơ)
式中 K——与靶材物质主量子数有关的常数 Ơ——屏蔽常数，与一电子所在的壳层位置有关
莫塞来定律
采用原本芮得柏格式标记，莫塞莱
的 K-α 谱线和 L-α 谱线的公式可
莫塞来定律
根据元素X射线在图上的位置, 就可定出该元素的原子序数
早期元素周期表是按原子量大小顺序排列的。如K(A=39.1) 在Ar(A=39.9)前；Ni(A=58.7)在Co(A=58.9)前。 由莫塞莱图给出 Kα－X射线波长是Ar:4.19 ；K:3.74 ； Co:1.79 ； Ni:1.66
X射线特征谱及莫塞来定律
特征谱的产生及计算 莫塞莱定律 总结
X射线特征谱的产生
X射线特征谱的计算
X射线特征谱的计算 Kα 线 Kβ 线
Ｋβ线较Kα线波长短，但是由于L层电子向K层跃 迁的几率要比M层到K层跃迁的几率大5倍左右， 所以Iα/Iβ ≈ 4～5，Kα线谱线较高。
钼的K系X射线
右图中两个强度特别高的窄峰 为钼的K系X射线，波长为 0.63埃的是Kβ射线，波长为 0.71埃的是Kα射线。Kα线又 可细分为Kα1和Kα2两条线， 其波长相差约为0.004埃， Kα1和 Kα2射线的强度比约 为2比1。而Kα与Kβ的强度比 约为5比1。 当继续提高管电压时，图1－ 7中各特征X射线的强度不断 增高，但其波长不变。我们通 常的晶体衍射分析都是用Kα 特征X射线谱，而把Kβ谱滤掉。
以表达为：
~K
R(Z
1)2 (112
1 22
)
~L
R(Z
7.4)2
(
1 22
1 32
)
~
R(Z
b)2
(
1 m2
1 n2
)
n
m
莫塞来定律
原子光谱是原子最外层电子跃迁的结 果，外层电子组态的周期性决定了元 素性质的周期性。 X射线是内层电子 跃迁的结果。
随Z呈线性关系(见图)。说明它受外层 电子影响很小，只受原子核的影响。 莫塞莱图提供了从实验测定原子序数Z 的一种有效方法。历史上正是他首次 纠正了27Co，28Ni在周期表的次序。
X射线特征谱的用途
标识谱反应了原子内层结构的情况，谱线的波长代表 能级间的间隔，谱线的精细结构显示能级的精细结构， 是研究原子结构问题的有力武器。
对于原子序数为Z的物质来说，各原子能级所具有的 能量是固定的 ，所以特定的物质有特定的特征波长。
莫塞来定律
除此以外，Ｘ射线特征谱还有一 个重要应用即原子序数的测定——莫 塞来定律。