17
X射線熒光光譜儀中X射線的由來和性質(zhì)分析
X射線熒光光譜儀（XRF）由激發(fā)源（X射線管）和探測系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X射線（一次X射線）,，激發(fā)被測樣品。受激發(fā)的樣品中的每一種元素會放射出二次X射線,，并且不同的元素所放射出的二次X射線具有特定的能量特性或波長特性,。探測系統(tǒng)測量這些放射出來的二次X射線的能量及數(shù)量。然后,，儀器軟件將探測系統(tǒng)所收集到的信息轉(zhuǎn)換成樣品中各種元素的種類及含量,，達到定性定量分析的目的。
根據(jù)經(jīng)典電磁理論,，運動的帶電粒子的運動速度發(fā)生改變時會向外輻射電磁波,。實驗室中常用的X射線源便是利用這一原理產(chǎn)生的：利用被高壓加速的電子轟擊金屬靶，電子被金屬靶所減速,，便向外輻射X射線,。X射線是一種波長較短的電磁輻射，通常是指能量范圍在0.1~100 keV的光子,。
X射線性質(zhì)：
1,、X射線吸收
當X射線穿過物質(zhì)時，一方面受散射作用偏離原來的傳播方向,，另一方面還會經(jīng)受光電吸收,。光電吸收效應(yīng)會產(chǎn)生X射線熒光和俄歇吸收，散射則包含了彈性和非彈性散射作用過程,。
2,、X射線散射
除光電吸收外，入射光子還可與原子碰撞,，在各個方向上發(fā)生散射,。散射作用分為兩種，即相干散射和非相干散射,。
相干散射：當X射線照射到樣品上時,，X射線便與樣品中的原子相互作用,，帶電的電子和原子核就跟隨著X射線電磁波的周期變化的電磁場而振動。因為原子核的質(zhì)量比電子大得多,，原子核的振動可忽略不計,，所以主要是原子中的電子跟著一起周期振動。由于帶電粒子的振動,，又產(chǎn)生新的電磁波,，以球面波形式向四面八方射出，其波長和位相與入射X射線相同,。又由于不同的電子都發(fā)射電磁波,，就構(gòu)成了一群可以相干的波源，這種現(xiàn)象叫做X射線相干散射,。
非相干散射：當X射線與原子中束縛力(結(jié)合能)較弱的電子或自由電子發(fā)生碰撞,，電子被碰向一邊，而X射線光子也偏離了一個角度,。此時,，X射線光子的一部分能量傳遞給電子，轉(zhuǎn)化為電子的動能,。X射線光子就失去一部分能量,，因為E=hν=hc/λ，X射線光子碰撞后能量減小,、頻率變小、波長變大,。由于碰撞后,，各光子的散射方向不一樣，各光子失去的能量也不一樣,，這樣它們的波長各不相同,，兩個散射波的位相之間沒有關(guān)系，因此不能形成干涉作用,，故這種散射稱為非相干散射,。
3、X射線的衍射
相干散射與干涉現(xiàn)象相互作用的結(jié)果可產(chǎn)生X射線的衍射,。X射線衍射與晶格排列密切相關(guān),，可用于研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
其中一種用已知波長λ的X射線來照射晶體樣品,，測量衍射線的角度與強度,，從而推斷樣品的結(jié)構(gòu)，這就是X射線衍射結(jié)構(gòu)分析（XRD）,。
另一種是讓樣品中發(fā)射出來的特征X射線照射晶面間距d已知的晶體,，測量衍射線的衍射角θ，用布拉格衍射公式計算出樣品中發(fā)射出來的特征X射線的波長，從波長可以確認樣品中所含的元素,，這就是波長色散X射線熒光光譜元素分析（XRF）,。