文档介绍：第四章质子激发X荧光分析(PIXE) (Proton induced X-ray emission)
第一节引言
1、PIXE法发展简史
1912年,chadwick发现一定能量离子撞击物质时发射X射线的
现象。
1958年,Merzhacher 和Lewis提出用质子及α粒子对靶原子
的内壳层电离产生X射线的量子力学解释。
1965年, Khan等用带电离子产生X射线作为分析手段,测量
了薄膜的面密度。
1970年,Jchansson等用高能量分辨率的Si(Li)探测器及能
量为Mev的质子束轰击样品,实现了同时测定多个元素的分析。
1971年,Watson及1972年Flochini等开展了用α粒子作为激
发源的实验。
1973年,Garcia等用重离子作为激发源,实现了对原子序数
Z较大元素的微量分析。
2、PIXE基本原理
加速器产生的高能带电粒子轰击样品,如果入射粒子的能量
Ep大于被辐照元素的原子内层电子结合能,即Ep>Ek,就可使内
层电子电离,是原子处于激发态。根据量子力学原理,激发态
原子不稳定,将遵照选择定则,产生一系列的电子跃迁(如L壳
层或M层的电子跃迁到K壳层),同时发射出元素的特征X射线光
量子。是原子从激发态回到基态。
第四章质子激发X荧光分析(PIXE) (Proton induced X-ray emission)
特征X射线的能量E E=E1-E2=hν=hc/λ
式中E1、E2为跃迁初、终两极能量差;h为普朗克常数;
ν为元素特征X射线的频率; λ为元素特征X射线的波长;
c为光速。
•莫斯莱定律(c/ λ)1/2=K1(Z-K2)
K1、K2对于不同的谱线和线系均为常数,c为光速。
所以λ∝1/Z2
对于某一元素的特征X射线,它的波长与原子序数的平方成反
比。只要确定了X射线的波长,发射元素的原子序数就可知道。
PIXE是指用高能质子作为激发源,辐照样品,样品中原子受
激发,在退激过程中发射的X射线荧光实现仪器分析。通过仪器
分析获得两种信息:a、通过分析特征X射线的能量确定样品中
含有什么元素。B通过分析特征X射线的强度确定与这种特征X射
线对应的元素的含量。
探测X射线有:a、波长色散X射线荧光谱仪:由样品发射的X
射线荧光先在衍射晶体上按波长不同发生空间色散,一个探测
器一次只纪录一种波长。其特点是分辨率高,分析灵敏度好。
但要测定多种元素则非常费时。
b、能量色散X射线荧光谱仪:样品发射的X射线荧光直接进入
探测器,探测器输出与入射X射线能量成正比的电脉冲,通过多
道脉冲幅度分析以及可完成对入射X射线按能量分类的强度分析,
一个探测器一次纪录所有能量的X射线强度。特点是能量分辨率
不如前者,但可实现多元素同时分析。
第四章质子激发X荧光分析(PIXE) (Proton induced X-ray emission)
3、PIXE法的优点
•分析浓度范围广,%到100% 。
•具有较高的分析灵敏度,—1μg/g ,它的最小可
探测量可达10-12 g 。
•用样量少,具有多元素分析能力,同时能测定30多种元素。
•可测定元素周期表上Z>12的大多数元素。
•速度快(每小时可分析4—6件样品)。
第二节质子激发X荧光的物理过程
1、电子截面
当能量为MeV的质子(或α粒子)撞击靶原子,原子内壳层(k)
的电子被激发后脱离靶原子,这个过程的几率称为电离截面,用σi
来表示,单位为靶(b), σi随入射粒子能量的增加而增加,随靶
原子Z的增加而减少。不同能量入射质子的K层或L层的电离截面可
查表得。
•俄歇电子靶原子再退激时还可能不发生特征X射线,而是把激
发能传递给外层电子。使其离开靶原子逃逸出来,形成发射电子,
此种电子称为俄歇电子。
第四章质子激发X荧光分析(PIXE) (Proton induced X-ray emission
K层电子电离的过程
K层电子电离图
从入射粒子,
质子(Mev)----质子激发X射线荧光---电离截面
X射线- ---X射线荧光分析---光电效应截面
同步辐射光源(单色光,白光)---同步辐射X射线荧光分析---光电效应截面
X射线发射的过程
俄歇电子发射过程
原子退激过程
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2、X射线产生截面
X射线产生截面也称为X射线发射截面。xбk=iбk Wk K
式中iбk 是K壳层的电离截面; Wk是荧光产额;
K 是相对于X射线的跃迁几率。
xбk a 随入射粒子能量增大而增大(Z>13)
b 随靶原子序数(Z)的增