连续X射线谱及其激发源

1.连续X射线光谱　连续X射线又称白色X射线或韧致辐射，是由某个最短波长为起端包括强度随波长连续变化的谱线组成。

在轰击金属靶的过程中，有的电子在一次碰撞中耗尽其全部能量，有的则在多次碰撞中才丧失全部能量。因为电子数目很大，碰撞是随机的，所以产生了连续的具有不同波长的X射线，这一波长的X光谱即为连续X射线谱。图7-2为产生连续X射线的X射线管结构示意图。X射线管实际上是一种高真空二极管，它是由金属阳极和钨丝阴极密封在高真空的壳体中构成。管内真空度为1.3×10-4Pa，两极间电压20～100kV。由此高压发生器产生热电子，在阴极上还施加8～15V、4～5A的低电压。阳极又称为靶，通常以铜块为底座，在其表面镀一层金属，如铬等。X射线管是以所镀金属来命名的，如镀铬时则称为铬靶X射线管。

图7-2　X射线管的结构

通常，连续X射线的总强度与靶材料的原子序数成正比。因此，增大靶材料的原子序数Z，可增大光强，故常用钼、钨等原子序数大的金属作为靶材料，以获得能量较高的连续X射线。

连续谱线在分析上的意义如下。

（1）以X射线管激发时，连续光谱是样品的主要激发源。由于其强度连续分布，能量也连续分布，因此对周期表不同元素不同谱线的激发有普遍的适用性。

（2）连续光谱激发样品时部分被散射，连续光谱的散射线是构成背景的主要来源，会影响分析元素的检测限，尤其对痕量元素。故在建立定量分析条件时必须注意。(www.xing528.com)

2.特征X射线光谱　特征X射线又称标识谱，是单色X射线。它是若干波长一定而强度较大的X射线线谱。特征X射线体现了靶材的特征，和靶材元素的原子结构及原子内层电子跃迁过程有关，是样品的又一激发源。

特征X射线是基于电子在原子最内层轨道之间的跃迁而产生。高速带电离子（电子、质子或各种离子）或高能光子（X射线或γ射线）轰击试样中的原子时，会将自身的部分能量传递给原子，激发原子中某些内层能级上的电子到外层高能轨道上，原子内层形成空轨道；外层较高轨道上的电子内迁填充到空轨道中（小于10-15s）。与此同时，多余的能量以X射线光子的形式释放，其能量等于跃迁电子的能级差，ΔE=hν。

特征X射线可分为若干线系，如K、L、M、N等。同一线系中的各条谱线是由各个能级上的电子向同一壳层跃迁而产生的。同一线系中，还可分为不同的子线系，如LI、LII、LIII，同一子线系中的各条谱线是电子从不同能级向同一能级跃迁产生的。Δn=1的跃迁产生α线系；Δn=2的跃迁产生β线系。Kα表示α系单线；Kα1α2表示α系双线；Kβ表示β系单线、Kβ1β2表示β系双线。图7-3是K和L系特征X射线的部分能级示意。

图7-3　K和L系特征X射线的部分能级示意

不同元素，其原子结构不同，即各电子层能级的能量不同，它们的特征X射线的波长就各不相同。根据物质所辐射的特征X谱线的波长，就可知道某一原子序数元素的存在，可对物质进行定性分析。根据元素特征谱线强度的大小可对物质中存在元素的含量进行确定，即进行定量分析。

原子序数小于20的元素，一般只有K系谱线。由于跃迁都是发生在内层电子之间，与价电子关系不大，因此，对于较重的元素而言，不论它是单质还是化合物，其K系、L系谱线波长不变。