» » Характеристические спектры
20.01.2015

Квантовые состояния электронов выражаются в спектрах, которые должны соответствовать элементам. Благодаря возбуждению атомов происходят квантовые переходы с характерной энергетической эмиссией или абсорбцией. Квантовые переходы во внешних оболочках создают оптические спектры, которые соответствуют структуре внешних оболочек, расположению периодов элементов. Оптические спектры для различения атомов требуют по возможности изолированного состояния в газе. В твердом теле такая идентификация благодаря возбуждению внешних электронов невозможна.
Анализ твердых тел, в частности анализ металлов, можно проводить с помощью типичных квантовых переходов на внутренних оболочках. Чтобы вызвать их, требуется возбуждение рентгеновскими или электронными лучами. С помощью таких ударных возбуждений из внутренних оболочек выбиваются электроны. Таким образом в соответствующей электронной оболочке отсутствует один электрон. Из внешних оболочек электроны могут проскакивать в соответствующий промежуток, при этом излучается характерный рентгеновский квант. На основании закона сохранения энергии при переносе электронов от более высокого до более низкого энергетического уровня испускается энергетическая разность в форме длины характерной рентгеновской волны. Длина волны может подчиняться при этом отдельным квантовым переходам главных квантовых состояний и орбитальных квантовых состояний (рис. 5.5.1).
Характеристические спектры

Если электрон удален из К-оболочки, то он может быть заменен электроном из L-оболочки. Квантовый переход от L к К создает Kα-линию. Переход от M к К создает Кβ-линию, переход от M к К дает Lα-линию. Соответственно подуровням главных квантовых состояний спектральные линии расщепляются дальше на линии Kα1 и Kα2. Для возбуждения электрона в определенном квантовом состоянии, т.е. в оболочке К или L, требуется соответствующая минимальная энергия. Если возбуждена К-серия, которая требует максимальной энергии возбуждения, то возбуждаются все другие серии.
Соотношение между энергией Е, эВ, и частотой V, с-1, или длиной волны выражается уравнением Планка
Характеристические спектры

где h — постоянная Планка, 4135*10в-15 эВ*с.
Длина волн отдельных спектральных линий (например, Кα-линии) уменьшается с возрастающим порядковым числом элемента, т.е. характеристическое рентгеновское излучение становится более жестким. Этим самым отдельным элементам подчинены определенные спектральные линии (рис. 5.5.2). Идентификация элемента может осуществляться путем определения или длины волны, или энергии типичных линий. Соответственно нужно различать рентгеновский анализ, диспергирующий длину волны или энергию.