X射線光譜法簡介

X射線光譜法

（簡介）

2班03081040X射線

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

是由于高能電子的減速運動或原子內(nèi)層軌道電子躍遷所產(chǎn)生的短波電磁輻射。X射線和可見光一樣屬于電磁輻射，但其波長比可見光短得多，在10-6—10nm。在X射線光譜法常用波長在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射線光學性質(zhì)的研究及其應用都集中在散射和衍射現(xiàn)象上，尤其是衍射方面。X射線衍射方法是當今研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的主要方法。并且由于其波長小，頻率高，在醫(yī)學等很多領域應用廣泛。像：X光機。在這里我介紹的是它在化學分析中的一種應用：X光譜分析法。光譜分析法按應用的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用的儀器相差不多,都包括：光源、入射輻射波長限定裝置、試樣臺、輻射監(jiān)測器或變換器、信號處理和讀取器。也就是都必須經(jīng)歷：X射線的產(chǎn)生、處理（波長等）、檢測三個步驟。此外，還有X射線的防護。

下面我將詳細介紹一下相關(guān)的流程：X射線的產(chǎn)生分析中常用的光源是X射線管，一般是由一個帶鈹窗口（可以透過X射線）的防護線的重金屬罩和一個具有絕緣性能的真空玻璃罩組成的套管。它有兩個電極：作為陰極的用于發(fā)射電子的燈絲（鎢絲）和作為陽極的用于接受電子轟擊的靶（又稱對陰極）。X射線管供電部分至少包含有一個使燈絲加熱的低壓電源和一個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，陽極還需要強制冷卻。燈絲被通電加熱至高溫時（達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。高速電子到達靶面，運動突然受阻，其動能部分轉(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的處理，在X射線衍射實驗中：如果所用X射線波長較短，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射線波長正好等于或稍大于吸收限，則吸收最小。

因此進行衍射實驗時應該依據(jù)樣品的組成來合理地選擇工作靶的種類：應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行濾波，除去不需要的Kβ線，使用濾波片是最簡單的單色化方法，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吸收限波長正好在靶元素的Kα和Kβ波長之間，因此對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的剩余強度為透過濾波片前的0.01計算，此時Kα通常被衰減掉一半此外還有X射線單色器，是由一對光束準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

常用的檢測手段

熒光板。熒光板是將ZnS、CdS等熒光材料涂布在紙板上制成，常用來確認光源產(chǎn)生的原射線束的存在。照相方法。X射線與可見光一樣，能夠使感光乳劑感光。當感光乳劑受到X射線照射后，AgBr顆粒離解形成顯影核，經(jīng)過顯影而游離出來的單質(zhì)銀微粒使感光處變黑。是最早使用的檢測并記錄X射線的方法，直到現(xiàn)在仍是一種常用的基本方法。正比計數(shù)管（PC）。正比計數(shù)管（PC）和電離室、蓋革計數(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極，筒內(nèi)充滿0.5至1個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)壁或一端設有入射X射線的“窗”，由于衍射實驗使用的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)閃爍計數(shù)管(SC)，位敏正比計數(shù)管(多絲正比計數(shù)管)，位敏正比計數(shù)管(多絲正比計數(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。通俗一點說就是當用X射線照射物質(zhì)時，會發(fā)生散射現(xiàn)象和吸收現(xiàn)象，還會發(fā)生特征X熒光射線，熒光的波長與元素的種類有關(guān)，據(jù)此可進行定性分析；熒光的強度與元素的含量有關(guān)，據(jù)此可進行定量分析。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；對標準式樣要求很嚴格。X射線吸收法X射線吸收法的應用遠不及X射線熒光法廣泛。因為它涉及的技術(shù)與熒光法比起來相當麻煩和耗時。它是利用X輻射線或帶的減弱來進行分析的，一般僅用于由輕元素組成基體的試樣里的單個原先子序數(shù)的測定。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X射線被散射時，散射波中與入射波波長相同的相干散射波，會互相干涉，在一些特定的方向上互相加強，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。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)研究對象的不同可以分為多晶粉末法和單晶衍射法。前者是