【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 元素的特征 X射線。再有， K?線及K?線等的命名法，是根據(jù)電子躍遷前后的能級(jí)不同來(lái)確定的。例如由 L殼層電子填補(bǔ) K殼層空位時(shí)所產(chǎn)生的 X射線稱為 K?線，而由M殼層電子填補(bǔ) K殼層空位時(shí)所產(chǎn)生的 x射線則稱為 K?線?？墒牵?yàn)橛?L殼層電子填補(bǔ)硬殼層空位的幾率大大高于由 M殼層電子填補(bǔ)的幾率，所以， K?的強(qiáng)度比 K?線的強(qiáng)度要高。一般 K?線的強(qiáng)度約為 K?線強(qiáng)度的 l/5~1/7，不同元素其強(qiáng)度比例會(huì)有所不同。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 根據(jù)上面所講的道理可以知道，當(dāng)處于基態(tài)的原子被電離后，即能放射出特征 X射線，但實(shí)際上并不限于此，外殼層電子落入K殼層時(shí)所放出的能量，不僅能以特征 X射線的形式放出，而且也可能在同一原子內(nèi)被吸收，致使 L殼層或 M殼層的電子被打出原子之外，這種情況稱之為俄歇 (Auger)效應(yīng)。這樣，便存在一個(gè)能夠放射出特征 X射線的幾率問(wèn)題，我們將這個(gè)幾率稱熒光率或熒光產(chǎn)額。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 再有，如前所述，特征 X射線的波長(zhǎng) (或頻率 )，并不隨入射電子的能量 (加速電壓 )不同而有所不同。而是由構(gòu)成物質(zhì)的元素種類 (原子序數(shù) )所決定的?，F(xiàn)在，設(shè)其頻率為?，則 ?隨原子序數(shù)的變化情況可由莫塞萊定律所決定： ? ?1/2＝ C (Z?) () ? 式中 C與 ?為常數(shù)， ??1。若將它用圖表示，即為圖 ，并且，波長(zhǎng) ?可以用下式做出最好的近似： ? ?＝ ?103/(Z1)2 () 圖 莫塞萊定律圖示 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 在上面講到的各種特征 X射線當(dāng)中， K系列是最主要的，雖然 K系列的 X射線有好多條，但其強(qiáng)度最高的只有三條，即 K?1， K?和 K?。例如鉬 (Mo)的上述三條特征 X射線的波長(zhǎng)分別為： ? K?1＝ ； K?2=； K?＝ 。 ? 從中可見(jiàn) K?1和 K?2兩條線的波長(zhǎng)非常相近，實(shí)際上，一般不 —定作為兩條線而分開(kāi)，當(dāng)分開(kāi)來(lái)的時(shí)候，稱為 K二重線，不分開(kāi)，就簡(jiǎn)單的稱做 K?線。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 在 K二重線中， K?1線的強(qiáng)度約為 K?2線強(qiáng)度的 2倍，而 K?1線的波長(zhǎng)卻較 K?2線的波長(zhǎng)短，所以，當(dāng)兩線分不開(kāi)的時(shí)底 K?線的波長(zhǎng)便以兩種波長(zhǎng)累加平均值的形式給出，即如前述，因?yàn)?K?1線的強(qiáng)度為 K?2線強(qiáng)度的 2倍，所以它將以 2倍于 K?2的資格用下式進(jìn)行計(jì)算： ? ?(K?)=[2?(K?1)+?(K?2)]/3 () ? 以鉬為例，即可得出下面的結(jié)果： ? ?(MoK?)=[ (2?+)=(nm) ? 同樣， K?1線也常常作為 K?線來(lái)看待。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 關(guān)于 X射線的強(qiáng)度問(wèn)題，通常這個(gè)強(qiáng)度 (I)用下式來(lái)表示： I＝ CIiI(V0VK)n () ? 式中， CI對(duì)于確定的加速電壓 (V0)來(lái)講，近似于一個(gè)常數(shù)； iI為入射電流強(qiáng)度； VK為使特征 X射線得以產(chǎn)生的最低電壓 ——臨界激發(fā)電壓； n為一個(gè)常數(shù)，當(dāng) V0＜3VK時(shí)，則 n?2， V0＞ 3VK時(shí)，則 n＜ 2。圖 x射線強(qiáng)度隨加速電壓的變化情況的一例。這種特征 X射線強(qiáng)度，是與物質(zhì)中所含該元素的濃度成正比的。 圖 CrK?線的強(qiáng)度與加速電壓的關(guān)系 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質(zhì)的吸收 ? 強(qiáng)度為 I0的 X射線，垂直入射到厚度為 z的物質(zhì)上的時(shí)候，它的一部分在物質(zhì)中被吸收，而使得其強(qiáng)度下降。如果設(shè)透過(guò)物質(zhì)的 X射線強(qiáng)度為 I，則 I可用下式表示： ? I＝ I0exp(?z) () ? 這里的 ?稱為線吸收系數(shù)，它取決于物質(zhì)的種類、密度和 x射線的波長(zhǎng)。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質(zhì)的吸收 ? 在式 ()中，我們?nèi)绻??/?來(lái)代替 ?，這個(gè) ?/?是物質(zhì)的固有值，它與物質(zhì)狀態(tài) (固體、氣體、液體等 )無(wú)關(guān)，則式 ()將變?yōu)橄旅娴男问剑? ? I＝ I0exp[(?/?) ?z] 〔 ) ? 式中， ?為物質(zhì)的密度； ?z為質(zhì)量厚度； ?/?為質(zhì)量吸收系數(shù)，其值自然要隨入射 X射線的波長(zhǎng)及物質(zhì)種類的不同而有所不同。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質(zhì)的吸收 ? 為了明確表示質(zhì)量吸收系數(shù)與 X射線及物質(zhì)種類的關(guān)系，可以寫(xiě)成 (?/?)FeCo的形式，其中 Cr表示物質(zhì) (吸收體 )為 Cr； Fe表明 x射線為 FeK?線。 (在有些文獻(xiàn)中，也有的將吸收體與 X射線位置顛倒來(lái)寫(xiě)的 )。此外，上面表達(dá)式中的 Fe，雖然一般是指 FeK?線，但也可以是 FeK?線或 FeL?線等其它特征 X射線，然而這時(shí)因?yàn)楦髯缘牟ㄩL(zhǎng)不同，所以各自的質(zhì)量吸收系數(shù)當(dāng)然也就不一樣，因此，為了明確地表示出其羌別，避免引起誤會(huì)，常常為 (?/?)FeK?Co的形式 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質(zhì)的吸收 ? 另外，當(dāng) X射線穿過(guò)由兩種以上元素構(gòu)成的物質(zhì)時(shí)，質(zhì)量吸收系數(shù)具有疊加性質(zhì)，通常用下式?jīng)Q示： ? (?/?) ＝ ?ci(?/?)i ? 式中的 ci是構(gòu)成物質(zhì)的第 i號(hào)元素在物質(zhì)中的重量濃度，它滿足?ci＝ 1。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 對(duì)于只由某一種幾素所組成的物質(zhì)，當(dāng)使 X射線的強(qiáng)度保持不變的條件下，改變其波長(zhǎng)，雖然它一直照射在物質(zhì)上，但所測(cè)得的穿過(guò)該物質(zhì)的 X射線強(qiáng)度卻發(fā)生了變化．如前所述，這是由于質(zhì)量吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)而變化的緣故。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 圖 。開(kāi)始，質(zhì)量吸收系數(shù)隨著 X射線的波長(zhǎng)變短而連續(xù)地減少，而在某一波長(zhǎng)上卻發(fā)生了不連續(xù)的增加，我們把這個(gè)不連續(xù)的位置稱為吸收邊，它與下述的熒光激發(fā)問(wèn)題有重要關(guān)系。在不連續(xù)似置上的兩個(gè)質(zhì)量吸收系數(shù)值的比，稱為吸收邊躍遷率。 圖 鉛的質(zhì)量吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 此外在 X射線顯微分析儀所使用的波長(zhǎng)范團(tuán)內(nèi)， x射線被物質(zhì)吸收的機(jī)理，主要是 X射線光量子把全部能量都給了物質(zhì)中原子核周圍的電子，使這樣的電子飛出原子的束縛圈，并且與前述特征 X射線的產(chǎn)生機(jī)理一樣，伴隨著 X射線的被吸收，也會(huì)放射出特征 X射線來(lái)，這樣的 X射線激發(fā)稱為熒光激發(fā)，而由此而放射出來(lái)的 X射線稱為熒光 X射線 (也稱為二次 X射線 )。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 如由圖 ，對(duì)應(yīng)著這樣的熒光激發(fā)狀態(tài)， K殼層有一個(gè)吸收邊、 L殼層有三個(gè)吸收邊，它表明當(dāng) X射線的波長(zhǎng)比吸收邊波長(zhǎng)短時(shí)，該殼層便可以被熒光激發(fā)。這時(shí)，如果將上述的躍遷率用 rK表示，則熒光激發(fā)產(chǎn)生的 x射線強(qiáng)度與 (rK1)/ rK比成正比。 圖 鉛的質(zhì)量吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 背散射電子是由樣品反射出來(lái)的電子中能量較高的電子，也可以看成是入射電子在樣品表面受到散射向著反方向運(yùn)動(dòng)的一些電子。當(dāng)入射電子垂直入射到樣品表面時(shí)，如果將背散射電子與入射電子強(qiáng)度 (即電子數(shù)目 )之比稱為背散射系數(shù) (r)，則 r與樣品的原子序數(shù) Z存在圖。將這種依據(jù)背散射系數(shù) r所得到的關(guān)于樣品的信息稱之為原子序數(shù)信息或者成分信息。 圖 背散射系數(shù)與原子序數(shù)的關(guān)系 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 另一方面，當(dāng)背散射電子探測(cè)器相對(duì)于入射電子束而傾斜設(shè)置時(shí)，如果樣品的某一部分向著探測(cè)器，則其強(qiáng)度便會(huì)增大，反之就會(huì)減小 (參閱圖 )。利用這一點(diǎn)，便可以知道樣品表面的凹凸?fàn)顩r，特此稱之為樣品的凹凸信息。 圖 樣品的傾斜與背散射電子按角度的分布（ Au） X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 如此看來(lái)，背散射電子可以同時(shí)帶來(lái)關(guān)于樣品的原子序數(shù)信息和凹凸形貌信息這樣兩種信息，而如果將這兩種信息分開(kāi)，則對(duì)于了解樣品表面狀況是非常有利的。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 作為分離這兩種信息成分的觀察方法，是在對(duì)稱于入射電子束的方位上裝上一對(duì)背散時(shí)電子探測(cè)器，將左右兩個(gè)探測(cè)器各自得到的電信號(hào)，進(jìn)行電路上的加、減處理．便能得到單一信息。對(duì)于原子序數(shù)信息來(lái)說(shuō)．進(jìn)入左右兩個(gè)探測(cè)器的信號(hào)，其大小和極性都相同。而對(duì)凹凸信息，雖然兩個(gè)探測(cè)器得到的信號(hào)絕對(duì)值相同，但極性卻恰好相反．根據(jù)這種道理。如果將兩個(gè)探測(cè)器得到的信號(hào)相加，則主要反映出樣品的原子序數(shù)信息。如果相減，則主要反映樣品的凹凸信息 。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分