Упрощенная система рентгеновских уровней

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА.

Рентгеновские лучи так же как и видимый свет, УФ, ИК, радиоволны и g-излучение проявляют двоякие свойства - свойства электромагнитной волны и свойства потока частиц - фотонов. В спектре электромагнитных волн рентгеновские лучи занимают положение между вакуумным УФ и g - излучением. Для рентгеновских методов анализа (РСА) чаще всего используют рентгеновское излучение с длинами волн 0,04 - 2,8 нм. Диапазон длин волн рентгеновского излучения соответствует межатомным расстояниям в кристаллических решетках соединений. (Это положение в дальнейшем будет использовано при рассмотрении конструкции рентгеновских спектрометров.)

Известно, что внутренняя энергия атома квантована, что квантована и энергия каждого электрона атома, что все электроны распределены в атоме по слоям и подслоям. Энергия электронов, находящихся в данном электронном слое определяется значением главного квантового числа и чем дальше находится электрон от ядра (чем большим главным квантовым числом он характеризуется), тем больше его энергия. Электронные слои атома принято обозначать буквами: К, L, M, N, O и т.д. К - электронный слой, ближайший к ядру (n =1), для L, M, N и т.д. слоев n = 2, 3, 4 - соответственно.

Электронный подслой характеризуется значениями орбитального квантового числа. Электронные подслои (оболочки) обозначают буквами s, p, d, f.

Практически рентгеновские спектры получают следующим образом.

Анализируемый образец бомбардируют пучком ускоренных электронов или фотонов высокой энергии. При этом из какого-либо внутреннего электронного слоя (например - К) бомбардируемого атома вырывается электрон и удаляется из атома. Образовавшаяся вакансия (свободное место в электронном слое) заполняется электроном с одного из слоев с большим квантовым числом (L, M. N …). При переходе электрона с более внешнего слоя во внутренний - его энергия уменьшается. Разница в энергии электрона может быть выделена в виде рентгеновского фотона, энергия которого определяется уравнением:

Е_ф= hn = Е₂ - Е ₁

где: Е₁ - энергия электрона внутреннего слоя (выбитого),

Е₂ - энергия электрона более внешнего слоя (с которого перешел электрон на место выбитого).

Освободившееся место в электронном слое, с которого перешел электрон, заполняется электроном с еще более удаленного от ядра слоя и т.д. Каждый переход электрона может сопровождаться испусканием рентгеновского кванта.

Совокупность квантов (фотонов) всех частот (длин волн), которые могут быть испущены атомами данного элемента, составляют рентгеновский спектр испускания этого элемента.

Упрощенная система рентгеновских уровней

Для наглядного представления о происхождении рентгеновских спектров и их структуре принято пользоваться понятием “энергетические уровни” (также как и во всех изученных ранее методах спектрального анализа)

Энергетические уровни принято обозначать теми же буквами, что и электронные слои в атоме (K, L, M, N…). Но физический смысл этих букв при обозначении уровня совсем иной.