Рентгеновская флуоресценция

Когда атомы образца облучаются фотонами с высокой энергией – возбуждающим первичным излучением рентгеновской трубки, это вызывает испускание электронов. Электроны покидают атом. Как следствие, в одной или более электронных орбиталях образуются "дырки" - вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, т.е. становятся нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона – этот феномен и называется "флуоресценция''.

Рисунок 24 – Электронные орбитали.

Энергия вторичного фотона находится в диапазоне энергий рентгеновского излучения, которое располагается в спектре электромагнитных колебаний между ультрафиолетом и гамма-излучением. Различные электронные орбитали (Рисунок 24) обозначаются K,L,M и.т.д., где К - орбиталь, ближайшая к ядру. Каждой орбитали электрона в атоме каждого элемента соответствует собственный энергетический уровень. Энергия испускаемого вторичного фотона определяется разницей между энергией начальной и конечной орбиталей, между которыми произошел переход электрона. Наиболее интенсивные линии характеристического спектра – Ka1,Ka2, Kb1 и Kb2 соотношение их интенсивностей – 100:50:20:4. Длина волны испускаемого фотона связана с энергией формулой E = E1-E2 = hc/λ , где E1 и E2 - энергии орбиталей, между которыми произошел переход электрона, h – постоянная Планка, с - скорость света, λ - длина волны испускаемого (вторичного) фотона. Таким образом, длина волны флуоресценции является индивидуальной характеристикой каждого элемента и называется характеристической флуоресценцией. В то же время интенсивность (число фотонов, поступающих за единицу времени) пропорциональна концентрации (количеству атомов) соответствующего элемента. Это дает возможность элементного анализа вещества: определение количества атомов каждого элемента, входящего в состав образца.