Теориялық негіздері

Теориялық негіздері. Тым шапшаң қозғалыстағы бөлшектердің, атап айтқанда, электрондардың ағымы нысанаға тигенде атомдардың қозуын, яғни иондануын туғызады (газ тәріздес күйде болсын немесе сұйық, қатты зат күйінде болсын). Егер осындай жылдамдықтағы электронның энергиясы жеткілікті болса, онда соққылануға душар болған зат атомының ішкі К, L және М қабықшасынан электрондардың ыршып шығуы жүреді. Мұндағы босап қалған орындарға жоғары энергетикалық деңгейден электрондар ауысып түседі, бұл өзіне тән сипаттық қасиеті бар құбылыс - рентген сәуле шығарумен қосарлана жүреді. Мұны Рентген алғаш Х-сәуле деп атаған, бертін келе ол рентген сәуле шығару делініп кетті. Сонымен қатар электрондардың нысана электрондарымен бірнеше қайтара әрекеттесуінен жоғалтқан энергиясы бөгелісті сәуле шығару деп аталатын үздіксіз спектрі бар рентген сәуле шығару энергиясына түрленеді. Рентген сәуле шығарудың үздіксіз спектрі ең қыска толқын ұзындығымен шектелген, ол мына катынаспен анықталады:

λ_мин=h*c/v_e=1240/v_e

мұндағы v_e- рентген түтіктегі үдетуші потенциал. Сонымен, сипаттауыш сәуле шығару сызықтарымен негізгі түс (фон) беретін эмиссионды рентген спектрі пайда болады. Сипаттауыш сәуле шығару сондай-ақ атомдардың ішкі электрондарын айдап шығаруға жеткілікті энергиясы бар электромагниттік сәуле шығарумен нысананы соққылағанда байқалады. Бұл кезде үздіксіз спектрдің сәуле шығаруы болмайды. Осылай алынған сипаттауыш спектр флуоресценттік (екінші реттік) спектр деп аталады. Электрондардың жоғары энергетикалық деңгейден К- немесе L- денгейге ауысуы әр кезде сипаттауыш сәуле шығарумен қосарласа жүре бермейтінін осы тұста ескерте кеткеніміз жөн. Сәуле шығарусыз да ауысу болуы мүмкін, бұл жағдайда энергия сыртқы электрондарды атомнан жұлып шығара отырып, электрон қабықшасын қайта құруға жұмсалады. Бұл құбылыс Оже эффектісі деп, ал бөлініп алынған электрондар Оже электрондары деп аталады. Оже эффектісінің пайда болу ықтималдығы көбіне өте жоғары болып келеді. Жеңіл элементтерде ол рентген сәуле шығару ықтималдығынан көп. Бұл жеңіл элементтерге талдау жүргізуді қиындатады. Осындай эффектіні электрондық Оже-спектроскопиясында пайдаланады. Жоғары энергиямен үдетілген электрондар мен ү-кванттар (рентген сәулелері), көбіне ядро маңайындағы электрондарға әсер етеді, мысалы, К-электрондарды ұшырып шығара отырып, орнына £-немесе М-қабықшасындағы электрондардың ауысуы мүмкін. Ішкі қабықшаның электрондарының күйі атомның химиялық күйіне тәуелсіз (I және II периодтағы жеңіл элементтерден басқасы) болғандықтан, сипаттауыш рентген сәуле шығару да атомдардың физикалық-химиялық күшіне тәуелсіз болады. Сипаттауыш сәуле шығаруға сәйкес толқын ұзындықтары 1-103 нм аралығында болады. Зерттеу және талдау жұмыстарыпа 70-200 нм аралығындағы толқын ұзындықтары қолайлы. Әр түрлі деңгейлердегі L- және К- қабықшалары арасындағы ауысуға сәйкес келетін сәуле шығару сызықтарын К_а1және К_а2 деп, ал М" - және К" -қабықшалары арасындағы рентген сәуле шығару сызықтарын Kg деп, М" -және қабықшалары арасындағыны L_a деп белгілейді. Мұндағы соңғы сызықтар ауыр элементтерге тән, ал К_а сызықтары едәуір интенсивті келеді. Аналитикалық мақсат үшін рентген сәуле шығаруды пайдалану әр түрлі мәліметтер алу, таңдауы мен дәлдігі өте жоғары дәрежедегі затты текестіру, қоздырылған үлгідегі түрлі элементтерді анықтау және мөлшерлік талдау үшін қолданылады. Рентген сәулелері де ұзын толқынды электромагниттік сәуле шығару сияқты затқа сіңіріледі, сөйтіп жарық сіңірудің ортақ заңына бағынады:

І/І_о=10^{-μ *Р*1}

мұндағы (μ- массалық сіңіру көрсеткіші, 1 - қабат қалыңдығы, р - зат тығыздығы. Массалық сініру көрсеткіші элементтің атомдық рет санына (z), түскен сәуленің толқын ұзындығына тәуелді. Қатынас былай жазылады:

μ=X*Z³* λ³

Егер сіңіретін зат тек бір ғана химиялық элементтен тұратын болса, онда тәжірибе кезінде алынған өрнек орынды:

μ=X*Z^γ* λ⁰*N_A/A_B

мұндағы Ав- осы элементтің атомдық массасы.

n - дәреже көрсеткіші, оның мәні 2,5 мен 3 аралығында. X - шектеулі аралықта барлық элементтер үшін бір монде болатын тұрақты шама. Алынған lgμ-Ig λ координаты арқылы салынған графиктің ерекшелігі сол, мұнда К сіңірудің шекті шегі деп аталатын Ig λ, = 2,59 (К = 387,1нм) тұсының үзілуі. Ұзын толқынды сәуле шығару энергиясы аргоннан к- электрондарын ұшырығы шығаруға жеткіліксіз, сондықтан да ол қысқа толқынды сәуле шығарудан гөрі нашар сіңіріледі. Аргоннан ауырлау болатын атомдар үшін L және М-электрондардың фотоэлектрлік ұшырып шығарылуына сәйкес үзіліс ұзын толқынды аймақта байқалады. Сондай-ақ сипаттауыш сәуле шығарудың жиілігін рентгендік терімдер арқылы көрсетуге болады:

V = T₁ - T₂

Ренттен спектріндегі сызықтардың интенсивтігі сәуле шығаратын атомдар санына, ауысу кезіндегі сәуле шығару ықтималдығына және тағы басқа да факторларға тәуелді.

Бірдей толқын ұзындығындағы екі салыстырмалы спектрлік сызыктың интенсивтігі бойынша сенімді мәліметтер алынады. Талданылатын зат үлгісіндегі элемент концентрациясы мен сызық интенсивтігі арасындағы тура пропорционал тәуелділік айтарлықтай жиі және кең диапозонда байқалады.

Рентген сәуле шығару спектроскопия әдісі оптикалық спектроскопиядан гөрі өзінің табиғаты тұрғысынан ядролық әдіске жақын. Электромагниттік сәуле шығару спектріндегі рентген сәулелері 10⁶ -дан 10 нм дейінгі аймақта болады, ал тәжірибеде 10⁻² -ден 2 нм дейін қысқа (0,6-дан 124 кэВ дейінгі энергия аралығы) аралық қолданылады. Бұл диапозонды оптикалық спектроскопиядағы фотокөбейткішпен өлшеуге болмайды, сондықтан да оны ү- сәуле шығарудағы сияқты иондаушы тіркегіштер көмегімен өлшейді. Соңғы кезде толқын ұзындығына байланысты дисперсиға негізделген спектрометрияның жиі қолдануына қарамастан, көп арналы талдағыштары бар, энергия бойынша дисперсиялык сәуле шығаруға негізделген өлшеу құралдары көптеп пайдаланылуда.