Posibilitățile de a studia compoziția și structura substanțelor complexe din spectrele de raze X caracteristice rezultă direct din legea lui Moseley, care afirmă că rădăcina pătrată a valorilor numerice ale termenilor pentru liniile spectrelor de emisie sau pentru principalele marginea de absorbție este o funcție liniară a numărului atomic al elementului sau a sarcinii nucleului. Therm este un parametru numeric care caracterizează frecvența spectrelor de absorbție. Liniile spectrului caracteristic de raze X nu sunt numeroase. Pentru fiecare element, numărul lor este destul de definit și individual.

Avantajul analizei spectrului de raze X [metoda spectrometrie cu raze X este că intensitatea relativă a majorității liniilor spectrale este constantă, iar principalii parametri de radiație nu depind de compoziția chimică a compușilor și amestecurilor care includ un anumit element. În același timp, numărul de linii din spectru poate depinde de concentrația elementului dat: la concentrații foarte mici ale elementului, în spectrul compusului apar doar două sau trei linii distincte. Pentru a analiza compușii pe spectre, este necesar să se determine lungimile de undă ale liniilor principale (analiza calitativă) și intensitatea relativă a acestora (analiza cantitativă). Lungimile de undă ale razelor X sunt de aceeași ordine cu distanțele interatomice din rețelele cristaline ale substanțelor studiate. Prin urmare, prin înregistrarea spectrului de radiații reflectate, se poate face o idee despre compoziția compusului studiat.

Sunt cunoscute varietăți ale metodei care utilizează efecte secundare care însoțesc procesul de interacțiune a radiațiilor X cu o substanță de biotest. Acest grup de metode include în primul rând spectrometrie de emisie cu raze X , la care se înregistrează spectrul de raze X excitat de electroni și spectrometrie cu raze X de absorbție , conform mecanismului de interacțiune a radiației cu materia, similar cu metoda spectrofotometriei de absorbție.

Sensibilitatea metodelor variază foarte mult (de la 10 -4 la 5,10 -10%) în funcție de randamentul radiației caracteristice, contrastul liniei, metoda excitației, metodele de înregistrare și descompunere a radiației într-un spectru. Analiza cantitativă a datelor poate fi efectuată folosind spectre de emisie (primare și secundare) și spectre de absorbție. Imposibilitatea luării în considerare cu strictețe a interacțiunii radiațiilor cu atomii materiei, precum și influența tuturor condițiilor de măsurare, face necesar să se limiteze la măsurători ale intensității relative a radiației și să se utilizeze metodele interne sau externe. standard.

În studiul structurii și proprietăților moleculelor, al proceselor de asociere a moleculelor și al interacțiunii lor în soluții, este utilizat pe scară largă. spectrometrie cu fluorescență cu raze X , care a fost deja menționat mai sus.

Lungimile de undă ale razelor X sunt de aceeași ordine cu distanțele interatomice din rețelele cristaline ale substanțelor studiate. Prin urmare, atunci când radiația de raze X interacționează cu o probă, apare un model de difracție caracteristic, care reflectă caracteristicile structurii rețelelor cristaline sau sistemelor dispersate, adică caracterizează compoziția compusului studiat. Studiul structurii compușilor și a componentelor lor individuale prin modele de difracție ale împrăștierii razelor X pe rețelele cristaline și neomogenitățile structurilor este baza analiza difracției de raze X. Înregistrarea spectrului poate fi efectuată utilizând folie fotografică (analiza calitativă) sau detectoare cu ionizare, scintilație sau semiconductor. Această metodă face posibilă determinarea simetriei cristalelor, dimensiunea, forma și tipurile celulelor unitare și realizarea unor studii cantitative ale soluțiilor eterogene.

SPECTROSCOPIE cu raze X

o ramură a spectroscopiei care studiază spectrele emisiei (emisiei) și absorbției (absorbției) razelor X, adică electromagnetul. radiații în intervalul de lungimi de undă 10 -2 -10 2 nm. R. s. folosit pentru a studia natura chimiei. relații și cantități. analiză in-in (analiza spectrală cu raze X). Cu ajutorul lui R. s. este posibil să se investigheze toate elementele (începând cu Li) din compus, care se află în orice stare de agregare.

Spectrele de raze X se datorează tranzițiilor electronice int. învelișuri de atomi. Deosebiți frânarea și caracteristica. radiații cu raze X. Prima apare în timpul decelerației particulelor încărcate (electroni) care bombardează o țintă în tuburi de raze X și are un spectru continuu. Caracteristică radiația este emisă de atomii țintă atunci când se ciocnesc cu electronii (radiația primară) sau cu fotonii de raze X (radiații secundare sau fluorescente). Ca urmare a acestor ciocniri cu una dintre cele interne. ( K-, L- sau M-) ale învelișurilor atomului, un electron zboară și se formează un loc vacant, care este umplut de un electron dintr-un alt înveliș (intern sau extern). În acest caz, atomul emite un cuantum de raze X.

Acceptat în R. cu. denumirile tranzițiilor sunt prezentate în fig. 1. Toate nivelurile de energie cu numere cuantice principale n= 1, 2, 3, 4... sunt, respectiv, notate. K, L, M, N...; subnivelurile de energie cu același h sunt indici numerici alocați succesiv în ordinea crescătoare a energiei, de exemplu. M1, M 2, M3, M4, M5 (Fig. 1). Toate tranzițiile către K-, L- sau nivelurile M se numesc tranziții K-, L- sau seria M ( K-, L- sau M-tranziții) și sunt notate cu litere grecești (a, b, g ...) cu indici numerici. Dieta comună. nu există reguli pentru etichetarea tranzițiilor. Naib. se produc tranziţii intense între niveluri care îndeplinesc condiţiile: Dl = 1, Dj = 0 sau 1 (j = lb 1 / 2), Dn .0. Caracteristică spectrul de raze X are un caracter de linie; fiecare linie corespunde unei anumite tranzitii.

Orez. 1. Cele mai importante tranziții cu raze X.

Deoarece bombardamentul cu electroni provoacă dezintegrarea insulei, în analiza și studiul chimiei. legăturile folosesc radiații secundare, ca, de exemplu, în analiza fluorescenței cu raze X (a se vedea mai jos) și în spectroscopie de electroni cu raze X. Numai în microanaliza cu raze X (vezi. Metode cu sonde electronice) folosesc spectre primare de raze X, deoarece fasciculul de electroni este ușor de focalizat.

Schema dispozitivului pentru obținerea spectrelor de raze X este prezentată în fig. 2. Sursa de radiație primară de raze X este un tub de raze X. Un analizor de cristal sau difracție este utilizat pentru a descompune razele X într-un spectru în termeni de lungimi de undă. zăbrele. Spectrul de raze X rezultat este înregistrat pe film cu raze X folosind ionizare. camere, speciale contoare, detector de semiconductor etc.

Spectrele de absorbție de raze X sunt asociate cu tranziția electronului ext. cochilii în cochilii (sau zone) excitate. Pentru a obține aceste spectre, se plasează un strat subțire de materie absorbantă între tubul de raze X și cristalul analizor (Fig. 2) sau între cristalul analizor și dispozitivul de înregistrare. Spectrul de absorbție are o limită ascuțită de frecvență joasă, la care are loc un salt de absorbție. Se numește partea spectrului de dinaintea acestui salt, când are loc tranziția către regiunea până la pragul de absorbție (adică la stările legate). structura cu raza scurta a spectrului de absorbtie si are un caracter cvasi-liniar cu maxime si minime bine definite. Astfel de spectre conțin informații despre stările excitate vacante ale substanței chimice. compuși (sau benzi de conducere în semiconductori).

Orez. 2. Schema spectrometrului de raze X: 1-tub de raze X; 1a-sursă de electroni (catod de emisie termică); 1 b-țintă (anod); 2-cercetat in-in; 3 - analizor de cristal; 4-dispozitiv de înregistrare; hv 1 - radiație primară cu raze X; hv 2 - radiografii secundare; hv 3 - radiatii inregistrate.

Porțiunea spectrului dincolo de pragul de absorbție, când tranziția are loc într-o stare de valori energetice continue, numită. structura fină a spectrului de absorbție (EXAFS-extended absorbtion fine structure). În această regiune, interacțiunea electronilor îndepărtați din atomul studiat cu atomii învecinați duce la mici fluctuații ale coeficientului. absorbția, iar minimele și maximele apar în spectrul de raze X, distanțe între care sunt asociate cu geom. structura materiei absorbante, în primul rând cu distanțe interatomice. Metoda EXAFS este utilizată pe scară largă pentru a studia structura corpurilor amorfe, în cazul în care difracția convențională. metodele nu sunt aplicabile.

Tranzițiile cu raze X energetice între ext. nivelurile electronice ale atomului în Comm. depind de sarcina efectivă q a atomului studiat. Deplasarea DE a liniei de absorbție a atomilor unui element dat în Comm. în comparaţie cu linia de absorbţie a acestor atomi în liber. starea este legată de valoare q. Dependența este în general neliniară. Pe baza teoriei dependențele DE de q pentru diff. ioni și experimente. Valorile DE în conn. poate fi definit q. Valorile q ale aceluiași element în diferite substanțe chimice conn. depind atât de starea de oxidare a acestui element cât și de natura atomilor vecini. De exemplu, sarcina de S(VI) este + 2,49 în fluorosulfonați, +2,34 în sulfați, +2,11 în acizi sulfonici; pentru S(IV): 1,9 în sulfiți, 1,92 în sulfone; pentru S(II): de la N1 la N0,6 în sulfuri și de la N0,03 la O în polisulfuri K 2 S X(x=3-6). Măsurarea deplasărilor DE ale liniei Ka elementele perioadei a 3-a vă permit să determinați gradul de oxidare al acestuia din urmă în substanța chimică. Comm., iar în unele cazuri coordonarea acestora. număr. De exemplu, trecerea de la octaedric. la tetraedric. aranjarea atomilor 0 în Comm. Mg și A1 duce la o scădere vizibilă a valorii DE.

Pentru a obține spectre de emisie de raze X, iradiate cu cuante de raze X primare hv 1 pentru a crea un post vacant pe ext. înveliș, acest loc liber este umplut ca urmare a transferului unui electron dintr-un alt înveliș interior sau exterior, care este însoțit de emisia unui cuantic secundar de raze X. hv 2, care este înregistrat după reflexia din cristalul analizorului sau difracție. grătare (Fig. 2).

Tranzițiile electronilor de la învelișurile de valență (sau benzile) la locul liber din interior. coajă corespund așa-numitelor. ultimele linii ale spectrului de emisie. Aceste linii reflectă structura cochiliilor sau benzilor de valență. Conform regulilor de selecție, trecerea la shell-urile Ki L 1 posibil din învelișuri de valență, în formarea cărora sunt implicate stări p, trecerea la învelișurile L 2 și L 3 -c a învelișurilor de valență (sau zone), la formarea cărora participă s-și stările d ale atomului studiat. De aceea Ka-linie de elemente din perioada a 2-a în conexiune. dă o idee despre distribuția electronilor în orbitalii 2p ai elementului studiat în funcție de energie, Kb 2 este linia elementelor din perioada a 3-a, despre distribuția electronilor în orbitalii 3p etc. Linia Kb 5 în compușii de coordonare. elemente din perioada a IV-a poartă informații despre structura electronică a liganzilor coordonați cu atomul studiat.

Studiul tranzițiilor decomp. serie în toți atomii care formează compusul studiat., vă permite să determinați în detaliu structura nivelurilor de valență (sau benzilor). Informații deosebit de valoroase sunt obținute atunci când se ia în considerare dependența unghiulară a intensității liniei în spectrele de emisie ale monocristalelor, deoarece utilizarea radiației de raze X polarizate simplifică foarte mult interpretarea spectrelor. Intensitățile liniilor spectrului de emisie de raze X sunt proporționale cu populațiile nivelurilor de la care are loc tranziția și, în consecință, cu pătratele coeficientului. combinație liniară de orbitali atomici (vezi metode orbitale moleculare). Metodele de determinare a acestor coeficienți se bazează pe aceasta.

Analiza fluorescenței cu raze X (XRF) se bazează pe dependența intensității liniei spectrului de emisie de raze X de concentrația elementului corespunzător, care este utilizat pe scară largă pentru cantități. analiză dif. materiale, în special în metalurgia feroasă și neferoasă, industria cimentului și geologie. În acest caz, se utilizează radiația secundară, deoarece metoda primară de excitare a spectrelor, împreună cu descompunerea substanței, duce la reproductibilitatea slabă a rezultatelor. XRF se caracterizează prin rapiditate și un grad ridicat de automatizare. Limitele de detecție, în funcție de element, compoziția matricei și spectrometrul utilizat, se situează în intervalul 10 -3 -10 -1%. Toate elementele pot fi determinate, începând cu Mg în fază solidă sau lichidă.

Intensitatea fluorescenței i a elementului studiat i depinde nu numai de concentraţia lui în probă, dar și asupra concentrațiilor altor elemente , deoarece contribuie atât la absorbția, cât și la excitarea fluorescenței elementului i (efect de matrice). În plus, pentru valoarea măsurată i redă creaturi. influența suprafeței probei, distribuția fazelor, mărimea granulelor etc. Un număr mare de metode sunt utilizate pentru a lua în considerare aceste efecte. Cele mai importante dintre ele sunt empirice. metodele externe și interne. standard, utilizarea fondului radiației primare împrăștiate și metoda de diluare.

În metoda ext. concentrația standard necunoscută a elementului C i determinată prin compararea intensităţii i cu valori similare ale I st ale probelor standard, pentru care se cunosc valorile concentrației C st ale elementului care se determină. în care: C i= C st i/ I st. Metoda face posibilă luarea în considerare a corecțiilor asociate cu aparatul, totuși, pentru a lua în considerare cu exactitate influența matricei, proba standard ar trebui să fie apropiată ca compoziție de cea analizată.

În metoda intern standard, se adaugă o anumită cantitate de D la proba analizată C i element determinat, ceea ce duce la o creștere a intensității D i. În acest caz: C i = i D C i/D i. Metoda este deosebit de eficientă în analiza materialelor cu compoziție complexă, dar impune cerințe speciale pentru prepararea probelor cu un aditiv.

Utilizarea radiației primare împrăștiate se bazează pe faptul că în acest caz raportul dintre intensitatea fluorescenței i element determinat de intensitatea de fond I f depinde în principal. din și puțin depinde de concentrația altor elemente Cu j .

În metoda de diluare, la proba de testat se adaugă cantități mari de absorbant slab sau cantități mici de absorbant puternic. Acești aditivi ar trebui să reducă efectul matricei. Metoda diluției este eficientă în analiza soluțiilor apoase și a probelor cu compoziție complexă, atunci când metoda este int. standardul nu este aplicabil.

Există și modele pentru corectarea intensității măsurate i pe baza intensităţilor j sau concentrații alte elemente. De exemplu, valoarea sunt prezentate sub forma:

Valorile a, bși d sunt găsite prin metoda celor mai mici pătrate pe baza valorilor măsurate iȘi jîn mai multe probe standard cu concentraţii cunoscute ale elementului care se determină . Modelele de acest tip sunt utilizate pe scară largă în analizele în serie pe unitățile XPA echipate cu un computer.

Lit.: Barinsky R. L., Nefedov V. I., Determinarea spectrală cu raze X a încărcăturii unui atom în molecule, M., 1966; Nemoshkalenko V. V., Aleshin V. G., Fundamentele teoretice ale spectroscopiei de emisie de raze X, K., 1979; Spectrele de raze X ale moleculelor, Novosib., 1977; Analiza fluorescenței cu raze X, ed. X. Erhardt, trad. din germană, M., 1985; Nefedov V. I., Vovna V. I., Structura electronică a compușilor chimici, M., 1987.

V. I. NEFEDOV

Enciclopedie chimică. - M.: Enciclopedia Sovietică. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

• OXIZI DE RENIU
• ANALIZA STRUCTURALĂ CU RAZE X

Vedeți ce este „SPECTROSCOPIE cu raze X” în alte dicționare:

SPECTROSCOPIE cu raze X- Obținerea spectrelor de emisie și absorbție de raze X și utilizarea lor în studiul energiei electronice. structuri ale atomilor, moleculelor și TV. tel. Pentru R. s. includ, de asemenea, spectroscopia de electroni cu raze X, studiul dependenței ... ... Enciclopedia fizică

SPECTROSCOPIE cu raze X- metode de studiere a structurii atomice prin spectre de raze X. Pentru a obține spectre de raze X, substanța studiată este bombardată cu electroni într-un tub de raze X sau fluorescența substanței studiate este excitată prin iradierea acesteia... ... Dicţionar enciclopedic mare

spectroscopie cu raze X- Termenul spectroscopie cu raze X Termenul în limba engleză spectroscopie cu raze X Sinonime Abrevieri Termeni înrudiți Spectroscopie cu raze X cu fotoelectroni Definiție unei tehnici de studiere a compoziției unei substanțe prin spectre de absorbție (absorbție) sau ... ... Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologie

Spectroscopie cu raze X- obtinerea de spectre de raze X (vezi spectre de raze X) de emisie si absorbtie si aplicarea lor la studiul structurii energetice electronice a atomilor, moleculelor si solidelor. Pentru R. s. include, de asemenea, electroni cu raze X ...... Marea Enciclopedie Sovietică

spectroscopie cu raze X- metode de studiere a structurii atomice prin spectre de raze X. Pentru a obține spectre de raze X, substanța de testat este bombardată cu electroni într-un tub de raze X sau fluorescența substanței de testat este excitată sub influența ... ... Dicţionar enciclopedic

spectroscopie cu raze X- rentgeno spektroskopija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos elektroninės sandaros tyrimas pagal spinduliavimo, sugerties, fotoelektronų rentgeno spektrus bei pagal rentgeno spektrų intensyvumo priklausomybę nuo… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

spectroscopie cu raze X- rentgeno spektroskopija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. spectroscopie cu raze X vok. Rontgenspektroskopie, f; Rontgenstrahlenspektroskopie, f rus. spectroscopie cu raze X, f pranc. spectroscop cu raze X, f; spectroscopie aux rayons… … Fizikos terminų žodynas

SPECTROSCOPIE cu raze X- metode de studiere a structurii atomice prin spectre de raze X. Pentru a obține spectre de raze X, obiectul studiat este bombardat cu electroni într-un tub de raze X sau fluorescența obiectului studiat este excitată sub acțiunea razelor X... ... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

Spectroscopie cu raze X (XAS, EXAFS, etc.)- ArticoleXAFSXANES spectroscopie absorbția marginilor Spectroscopie cu raze X radiații sincrotron (

Int. învelișuri de atomi. Deosebiți frânarea și caracteristica. radiații cu raze X. Prima apare în timpul decelerației particulelor încărcate (electroni) care bombardează o țintă în tuburi de raze X și are un spectru continuu. Caracteristică radiația este emisă de atomii țintă atunci când se ciocnesc cu electronii (radiația primară) sau cu fotonii de raze X (radiații secundare sau fluorescente). Ca urmare a acestor ciocniri cu una dintre cele interne. (K-, L- sau M-) învelișuri ale unui atom, un electron zboară și se formează un loc vacant, care este umplut de un electron dintr-un alt înveliș (intern sau extern). În acest caz, atomul emite un cuantum de raze X.

Denumirile tranzițiilor adoptate în spectroscopia cu raze X sunt prezentate în Fig. 1. Toate nivelurile de energie cu numere cuantice principale n = 1, 2, 3, 4... sunt desemnate respectiv. K, L, M, N...; subnivelurile de energie cu același h sunt indici numerici alocați succesiv în ordinea crescătoare a energiei, de exemplu. M1, M2, M3, M4, M5 (Fig. 1). Toate tranzițiile la nivelurile K, L sau M se numesc tranziții din seria K, L sau M (tranziții K, L sau M) și sunt notate cu litere grecești (a, b, g... ) cu indici numerici. Dieta comună. nu există reguli pentru etichetarea tranzițiilor. Naib. se produc tranziţii intense între niveluri care îndeplinesc condiţiile: D l = 1, D j = 0 sau 1 (j = lb 1 / 2), D n . 0. Caracteristic spectrul de raze X are un caracter de linie; fiecare linie corespunde unei anumite tranzitii.

Orez. 1. Cele mai importante tranziții cu raze X.

Deoarece bombardamentul cu electroni provoacă dezintegrarea insulei, în analiza și studiul chimiei. legăturile folosesc radiații secundare, ca, de exemplu, în analiza fluorescenței cu raze X (vezi mai jos) și în spectroscopia electronică cu raze X. Numai în microanaliza cu raze X (vezi Metodele sondei cu electroni) sunt utilizate spectre primare de raze X, deoarece fasciculul de electroni este ușor de focalizat.

Schema dispozitivului pentru obținerea spectrelor de raze X este prezentată în fig. 2. Sursa de radiație primară de raze X este un tub de raze X. Un analizor de cristal sau difracție este utilizat pentru a descompune razele X într-un spectru în termeni de lungimi de undă. zăbrele. Spectrul de raze X rezultat este înregistrat pe film de raze X folosind ionizare. camere, speciale contoare, detector de semiconductor etc.

Spectrele de absorbție de raze X sunt asociate cu tranziția electronului ext. cochilii în cochilii (sau zone) excitate. Pentru a obține aceste spectre, se plasează un strat subțire de materie absorbantă între tubul de raze X și cristalul analizor (Fig. 2) sau între cristalul analizor și dispozitivul de înregistrare. Spectrul de absorbție are o limită ascuțită de frecvență joasă, la care are loc un salt de absorbție. Se numește partea spectrului de dinaintea acestui salt, când are loc tranziția către regiunea până la pragul de absorbție (adică la stările legate). structura cu raza scurta a spectrului de absorbtie si are un caracter cvasi-liniar cu maxime si minime bine definite. Astfel de spectre conțin informații despre stările excitate vacante ale substanței chimice. compuși (sau benzi de conducere în semiconductori).

Orez. 2. Schema spectrometrului de raze X: 1-tub de raze X; 1a-sursă de electroni (catod de emisie termică); 1b-țintă (anod); 2-cercetat in-in; 3 - analizor de cristal; 4-dispozitiv de înregistrare; hv 1 - radiografii primare; hv 2 - raze X secundare; hv 3 - radiație înregistrată.

Porțiunea spectrului dincolo de pragul de absorbție, când tranziția are loc într-o stare de valori energetice continue, numită. structura fină a spectrului de absorbție (EXAFS-extended absorbtion fine structure). În această regiune, interacțiunea electronilor îndepărtați din atomul studiat cu atomii învecinați duce la mici fluctuații ale coeficientului. absorbția, iar minimele și maximele apar în spectrul de raze X, distanțe între care sunt asociate cu geom. structura materiei absorbante, în primul rând cu distanțe interatomice. Metoda EXAFS este utilizată pe scară largă pentru a studia structura corpurilor amorfe, în cazul în care difracția convențională. metodele nu sunt aplicabile.

Tranzițiile cu raze X energetice între ext. nivelurile electronice ale atomului în Comm. depind de sarcina efectivă q a atomului studiat. Deplasarea D E a liniei de absorbție a atomilor unui element dat în Comm. în comparaţie cu linia de absorbţie a acestor atomi în liber. starea este legată de q. Dependența este în general neliniară. Pe baza teoriei dependențe D E de q pentru decomp. ioni și experimente. valorile D E în legătură. q poate fi determinat. Valorile q ale aceluiași element în chimie diferite. conn. depind atât de starea de oxidare a acestui element cât și de natura atomilor vecini. De exemplu, sarcina de S (VI) este + 2,49 în fluorosulfonați, +2,34 în sulfați, +2,11 în acizi sulfonici; pentru S(IV): 1,9 în sulfiți, 1,92 în sulfone; pentru S(II): de la -1 la -0,6 în sulfuri și de la -0,03 la O în polisulfuri K 2 S x (x = 3-6). Măsurarea deplasărilor D E ale liniei Ka a elementelor din perioada a 3-a face posibilă determinarea gradului de oxidare a acestora din urmă în substanța chimică. Comm., iar în unele cazuri coordonarea acestora. număr. De exemplu, trecerea de la octaedric. la tetraedric. aranjarea atomilor 0 în Comm. Mg și A1 duce la o scădere vizibilă a valorii DE.

Pentru a obține spectre de emisie de raze X in-in iradiate cu cuante primare de raze X hv 1 pentru a crea un loc liber în interior. shell, treaba astaeste umplut ca urmare a tranziției unui electron dintr-o altă înveliș interioară sau exterioară, care este însoțită de emisia unui cuantic secundar de raze X hv 2, care este înregistrat după reflexia de la un cristal de analizor sau difracție. grătare (Fig. 2).

Tranzițiile electronilor de la învelișurile de valență (sau benzile) la locul liber din interior. coajă corespund așa-numitelor. ultimele linii ale spectrului de emisie. Aceste linii reflectă structura cochiliilor sau benzilor de valență. Conform regulilor de selecție, tranziția la învelișurile K și L 1 este posibilă de la învelișurile de valență, la formarea cărora participă stările p, trecerea la învelișurile de valență L 2 și L 3 -c (sau zone) , la formarea cărora participă s - și stările d ale atomului studiat. Prin urmare, Ka este o linie de elemente din a 2-a perioadă în conexiune. oferă o idee despre distribuția electronilor în orbitalii 2p ai elementului studiat în funcție de energie, Kb 2 - linia elementelor din perioada a 3-a - despre distribuția electronilor în orbitalii 3p etc. Linia Kb 5 în legătura de coordonare. elemente din perioada a IV-a poartă informații despre structura electronică a liganzilor coordonați cu atomul studiat.

Studiul tranzițiilor decomp. serie în toți atomii care formează compusul studiat., vă permite să determinați în detaliu structura nivelurilor de valență (sau benzilor). Informații deosebit de valoroase sunt obținute atunci când se consideră dependența unghiulară a intensității liniei în spectrele de emisie ale monocristalelor, deoarece utilizarea razelor X polarizate în acest caz facilitează foarte mult interpretarea spectrelor. Intensitățile liniilor spectrului de emisie de raze X sunt proporționale cu populațiile nivelurilor de la care are loc tranziția și, în consecință, cu pătratele coeficientului. combinație liniară de orbitali atomici (vezi metodele orbitale moleculare). Metodele de determinare a acestor coeficienți se bazează pe aceasta.

Analiza fluorescenței cu raze X (XRF) se bazează pe dependența intensității liniei spectrului de emisie de raze X de concentrația elementului corespunzător, care este utilizat pe scară largă pentru cantități. analiză dif. materiale, în special în metalurgia feroasă și neferoasă, industria cimentului și geologie. În acest caz, se utilizează radiația secundară, deoarece. metoda primară de excitare a spectrelor împreună cu descompunerea in-va duce la reproductibilitatea slabă a rezultatelor. XRF se caracterizează prin rapiditate și un grad ridicat de automatizare. Limitele de detecție, în funcție de element, compoziția matricei și spectrometrul utilizat, se situează în intervalul 10 -3 -10 -1%. Toate elementele pot fi determinate, începând cu Mg în fază solidă sau lichidă.

Intensitatea fluorescenței I i a elementului i studiat depinde nu numai de concentrația sa C i în probă, ci și de concentrațiile altor elemente C j , deoarece acestea contribuie atât la absorbția, cât și la excitarea fluorescenței elementului i (efect de matrice). ). În plus, valoarea măsurabilă a I i redă creaturi. influența suprafeței probei, distribuția fazelor, mărimea granulelor etc. Pentru a ține seama de aceste efecte, se utilizează un număr mare de tehnici. Cele mai importante dintre ele sunt empirice. metodele externe și interne. standard, utilizarea fondului radiației primare împrăștiate și metoda de diluare.
D C i a elementului determinat, ceea ce duce la o crestere a intensitatii D I i . În acest caz: С i = I i D С i /D I i . Metoda este deosebit de eficientă în analiza materialelor cu compoziție complexă, dar impune cerințe speciale pentru prepararea probelor cu adaos de .

Utilizarea radiației primare împrăștiate se bazează pe faptul că în acest caz raportul dintre intensitatea fluorescenței I i a elementului care se determină și intensitatea fondului I f depinde în principal. de C i și puțin depinde de concentrația altor elemente C j .

În metoda de diluare, la proba de testat se adaugă cantități mari de absorbant slab sau cantități mici de absorbant puternic. Acești aditivi ar trebui să reducă efectul de matrice. Metoda diluției este eficientă în analiza soluțiilor apoase și a probelor cu compoziție complexă, atunci când metoda este int. standardul nu este aplicabil.

Există și modele de corectare a intensității măsurate I i pe baza intensităților I j sau a concentrațiilor C j ale altor elemente. De exemplu, valoarea lui C i este prezentată ca:

Valorile a, b și d se găsesc prin metoda celor mai mici pătrate pe baza valorilor măsurate ale lui I i și I j în mai multe probe standard cu concentrații cunoscute ale elementului determinat C i . Modelele de acest tip sunt utilizate pe scară largă în analizele în serie pe unitățile XPA echipate cu un computer.

Lit.: Barinsky R. L., Nefedov V. I., Determinarea spectrală cu raze X a încărcăturii unui atom în molecule, M., 1966; Nemoshkalenko V. V., Aleshin V. G., Fundamentele teoretice ale spectroscopiei de emisie de raze X, K., 1979; Spectrele de raze X ale moleculelor, Novosib., 1977; Analiza fluorescenței cu raze X, ed. X. Erhardt, trad. din germană, M., 1985; Nefedov V. I., Vovna V. I., Structura electronică a compușilor chimici, M., 1987.

V. I. NEFEDOV

5 Principalele dificultăți în aplicarea tehnicilor standard EXAFS la spectre cu rază scurtă și modalități de a le depăși. μ(k)μ(k) k 1. Problema obținerii fracției atomice factorizate μ 0 (k) Calculele Ab initio, precum și analiza Fourier a spectrelor XANES necesită cunoașterea μ 0 (k) μ (k) = μ 0 (k) (1)

6 ( (2) Algoritm pentru extragerea părții atomice factorizate Parametrii sunt determinați în procesul de optimizare astfel încât să satisfacă următoarele relații: 1) FT [µ experim (k)] = FT [µ 0 (k)] în regiune de R mic

7 2. Lărgirea vârfului Fourier al atomilor din prima sfere de coordonare În scopul analizei structurale: χ(k) = χ 1 (k) + χ MRO (k) + χ MS (k) (3) atomii 1 sferă de coordonare a atomului absorbant; χ MRO (k) este contribuția unei singure împrăștieri de către atomii din a doua sferă și mai îndepărtate (contribuția ordinului de mediu sau MRO); χ MS (k) este contribuția proceselor de dispersie multiplă (MS). Pentru analiza Fourier pe un interval k mic, s-a stabilit (Phys.Rev.B, 2002, v.65): 1) Contribuția MRO este principala sursă de erori în determinarea R și N - rezultatul lărgirii lui Fourier vârful primei sfere în F( R); 2) Contribuția MS - oscilații HF care apar la R~5-6 Å în F(R)

8 Afirmație: Influența contribuțiilor MRO și MS asupra valorilor determinate ale parametrilor structurali R și N poate fi neglijabilă prin alegerea k min deasupra primelor, cele mai strălucitoare, caracteristici de margine ale spectrului. Este adevărat că optimizarea transformării Fourier F(R) a spectrului experimental poate fi realizată cu succes pe baza unei funcții obiective care modelează contribuția doar a acelor atomi care coordonează centrul absorbant. În acest caz, F(R) al experimentului ar trebui reprodus: 1) într-un interval R larg (până la ~ 8-10 Ǻ), sau 2) într-un interval R scurt (3-4 Ǻ), asigurând în același timp o precizie ridicată a parametrilor structurali determinați pentru conexiunile modelului utilizat.

10 Compuși model Date de difracție Spectre K-XANES (optimizate cu N fix) NR, ÅS02S02 Soluție de Fe(II)-sulfat Soluție de Fe(III)-sulfat Na-Mordenit (Na 8 nH 2 O) Berlinit (AlPO 4) Betazeolit (Si 64 O 128) Parametri structurali obținuți prin analiza Fourier XAS în comparație cu datele de difracție

11 Spectrele de absorbție K experimentale (linie continuă) și teoretice (linie punctată) ale siliciului în unii zeoliți Calcul FEFF8 Calcul FEFF8 cu σ la (k) înlocuit

12 Tehnica de obținere a părții atomice factorizate a secțiunii transversale de absorbție a razelor X din regiunea apropiată de prag a spectrului experimental permite: – reducerea efectului erorilor în aproximarea MT și al pierderilor intrinseci inelastice de fotoionizare asupra spectrul calculat; – determinarea parametrilor structurali ai mediului de coordonare a unui atom absorbant utilizând analiza Fourier a spectrelor de întindere energetică mică.

13 Acuratețea determinării parametrilor structurali Stabilitatea valorilor determinate ale parametrilor structurali S 0 2 N, R și σ 2 în ceea ce privește eventualele inexactități ale valorilor fixe utilizate ale parametrilor nestructurali a fost verificată prin variarea acestora din urmă în limite fizic rezonabile pentru ele, în probe model: Berlinit (AlPO 4 ), Pirofilită (Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2, Na-Mordenite Na 8 nH 2 O, Diopsida (CaMgSi 2 O 6), Spinel (MgAl) 2 O 4), Pyrope (Mg 3 AlSi 3 O 12), CaTiSiO 5, Na 2 TiSiO5 - soluții cristaline, Fe(II)- și Fe(III)-sulfat Concluzie: atunci când alegeți k min deasupra primei margini, cea mai strălucitoare caracteristici, analiza Fourier a spectrului K-XANES în compuși dezordonați și amorfi face posibilă determinarea distanțelor interatomice R pentru prima sferă cu o precizie de ± 0,01 Ǻ (

14 CN = 4 CN = 6 CN = Număr limitat de parametri de optimizare. Intervalul k scurt (k) limitează numărul de parametri independenți de optimizare (4-5 parametri) în funcție de: N idp = 2 *k * R / π + 1 (4) Analiza cantitativă a mediului de coordonare complex al unui atom în un compus este realizat folosind diverse modele cele mai probabile ale mediului său imediat. Alegerea modelului se efectuează în funcție de valorile discrepanței rădăcină-pătrată medie χ ν 2 și a parametrului Debye-Waller σ 2.

15 4. Problema rezolvării distanțelor interatomice apropiate folosind analiza Fourier a spectrelor de lungime limitată EXAFS: Δk ~ 10 Å -1 δR ~ 0,15 Å XANES: Δk ~ 3 Å -1 δR ~ 0,4 Å Conform teoriei semnalului, distanțele R 1 și R2 : ΔR = |R2 – R1 |

18 Procedura de optimizare, folosind forma funcției obiectiv similară formei semnalului studiat, face posibilă identificarea modelului de distorsiuni ale structurii atomice locale, în care distribuția radială a atomilor coordonați în raport cu centrul absorbant. se caracterizează prin diferența de distanțe interatomice δR cu un ordin de mărime mai mic, stabilită prin criteriul general de rezoluție δR = π/( 2Δk), unde Δk este intervalul numerelor de undă ale spectrului experimental.

20 Modelul R 1, ÅR 2, Å R 3, Å 2, Å Calitatea optimizării folosind modelul Parametrii structurali ai octaedrului In al atomilor și calitatea optimizării pentru spectrul As K-XAS al cristalului InAs la 11 GPa, obținut pe baza celor mai probabile modele ale distribuției radiale șase In atomi

21 Într-un cristal de arseniură de indiu sub o presiune de 11 GPa, există o distorsiune a structurii atomice locale în rețeaua de tip NaCl, în care atomul de As este coordonat de șase atomi de In, distribuiți radial în raport cu As conform ( Model 1+4+1), cu distanțe interatomice R As-In = 1,55 Å (un atom), R As-In = 1,74 Å (patru atomi), R As-In = 2,20 Å (un atom).

22 Publicații majore 1. L.A. Bugaev, Jeroen A. van Bokhoven, V.V. Khrapko, L.A. Avakyan, J.V. Latokha J. Phys. Chim. B., 2009, v.113, p. L.A. Bugaev, L.A. Avakyan, M.S. Makhova, E.V. Dmitrienko, I.B. Alekseenko Optics and Spectroscopy, 2008, Vol. 105, 6, P. 962– L.A. Bugaev, J.A. van Bokhoven, A.P. Sokolenko, Ya.V. Latokha, L.A. Avakyan J Phys. Chim. B., 2005 v.109, p. L.A. Bugaev, A.P. Sokolenko, H.V. Dmitrienko, A.-M. Flanc Phys.Rev.B, 2002, v.65, p – 7 5. L.A. Bugaev, Ph. Ildefonse, A.-M. Flanc, A.P. Sokolenko, H.V. Dmitrienko J.Phys.C., 2000, v.12, p. L.A. Bugaev, Ph. Ildefonse, A.-M. Flanc, A.P. Sokolenko, H.V. Dmitrienko J.Phys.C., 1998, v.10, p

Energia muchiilor de absorbție k pentru un număr de elemente chimice

Interacțiunea cu raze X

Interacțiunea radiațiilor dintre intervalele spectrale ultraviolete, infraroșii și vizibile

Interacțiunea radiațiilor din domeniul spectral vizibil cu materia

Interacțiunea radiației infraroșii cu materia

Interacțiunea radiațiilor de radiofrecvență

capitolul 2

2.1. Esența fizică a metodei de spectroscopie de masă cu ionizare laser a materiei

Spectrograf de masă cu focalizare dublă și curba fotometrică a acestei spectrograme (b) și regiunea numărului de masă

2.2. Principii de interacțiune a radiației laser pulsate cu materia țintă

2.3. Tipuri de lasere și parametrii acestora

2.4. Metoda de spectroscopie de masă cu ionizare laser a materiei

2.5. Spectrometre de masă - mijloace de monitorizare a metalelor, aliajelor și deșeurilor

2.6. Tipuri de analizoare de masă utilizate în spectrometrul de masă

2.7. Fundamentele tehnicii de identificare a compoziției elementare a unei substanțe folosind un ionizator laser și un analizor de masă dinamică a timpului de zbor

2.8. Spectroscoape de emisie pentru analiza spectrală expertă a metalelor feroase și neferoase

2.8.1. Spectrometru de emisie multicanal dsf-71 (ls-1000)

Componentele dispozitivului au următoarele caracteristici:

Specificații

2.8.2. Spectrometrul de emisie multicanal seria mfs

Specificații:

Sistem unificat de management și înregistrare:

Întrebări pentru autoexaminarea cunoștințelor din capitolul 2

capitolul 3

3.1. raze X

3.2. spectre de raze X

Spectroscopie cu raze X

Echipament cu raze X. Cameră cu raze X și tub cu raze X

goniometru cu raze X

3.6. Difractometru cu raze X

3.7. Vacuum de scanare difractivă cu cristale fluorescente cu raze X „Spectroscan-V”

3.8. Spectrometru portabil cu scanare cu difracție cu cristale fluorescente cu raze X „Spektroscan”

3.9. Spectrometru portabil cu scanare cu difracție cu cristale fluorescente cu raze X „Spektroskan-lf”

3.10. Fundamentele tehnicii de identificare a compoziției elementare a unei substanțe necunoscute și de determinare a concentrației ingredientelor folosind metoda analizei fluorescenței gamma

3.11. Metoda de analiză spectrală cu raze X fără standard a oțelurilor

3.11.1. Tehnica de analiza a otelurilor carbon

3.11.2. Metodă de determinare a conținutului de metale în apele potabile, naturale și uzate în analiza filtrelor de date cu sorbție de celuloză

3.11.3. Metodă de determinare a conținutului de metale în probele de sol pulbere

Capitolul 3 întrebări de autotest

Capitolul 4. Dispozitive și metode de control vamal al compoziției metalelor, aliajelor, deșeurilor prin metode curenți turbionari

4.1. Fundamentele teoriei curenților turbionari

4. 2. Distribuția curenților turbionari

4.3. Caracteristicile materiei și câmpului

4.4. Principiile fizice ale metodei curenților turbionari (W)

4.5. Aplicații și clasificare a metodelor cu curenți turbionari

Senzori și procese fizice caracteristice

4.7. Câteva modele tipice de senzori

Controlul și influența impurităților asupra conductivității electrice a unor metale

Cupru (b)

Conductibilitatea electrică și coeficientul de temperatură al unora

4.9. Metode și instrumente pentru măsurarea conductibilității electrice a metalelor nemagnetice

4.10. Dispoziții generale. Procedura de măsurare

4.11. Elemente ale metodologiei cercetării și alegerea materialului pentru control

Capitolul 4 întrebări de autotest

capitolul 5

5.1. Clasificarea metodelor de control acustic

5.2. Echipament cu ultrasunete

Pregătirea pentru control

Procedura de control

5.3. Echipamente cu ultrasunete în teste nedistructive

5.4. Traductoare cu ultrasunete

5.5. Determinarea tipului de metal, aliaj, fier vechi prin măsurarea vitezei de propagare a undelor elastice

Capitolul 5 întrebări de autotest

Capitolul 6. Clasificarea metodelor radiometrice de monitorizare a compoziției minereurilor

6.1. Metode de determinare a compoziției elementare a mineralelor prin spectrometrie a radiațiilor secundare

6.2. Metode bazate pe interacțiunea radiațiilor gamma sau cu raze X cu învelișurile de electroni ale atomilor sau nucleele atomilor elementelor

6.3. Metode bazate pe spectrometria radiațiilor gamma rezultate din diferite reacții nucleare ale neutronilor cu materia

Metode de determinare a radioactivității naturale a rocilor care conțin elemente radioactive

6.5. Metode luminiscente de monitorizare a compoziției minereurilor

6.6. Metode fotometrice de monitorizare a compoziției minereurilor

6.7. Metodele unde radio de control al minereului

6.8. Tehnologia de sortare a minereului

Capitolul 6 întrebări de autotest

Concluzie

Bibliografie:

Index de subiect

Cuprins

191186, Sankt Petersburg, st. Millionnaya, 5

1. Spectroscopie cu raze X

Spectroscopia cu raze X, obținerea spectrelor de emisie și absorbție de raze X și aplicarea acestora la studiul structurii energetice electronice a atomilor, moleculelor și solidelor. Spectroscopia cu raze X include, de asemenea, spectroscopia electronică cu raze X, adică spectroscopie a electronilor foto- și Auger cu raze X, studiul dependenței intensității bremsstrahlungului și spectrelor caracteristice de tensiunea pe tubul cu raze X (metoda izocromat), spectroscopie potențialelor de excitație.

Spectrele de emisie de raze X se obțin fie prin bombardarea substanței studiate, care servește drept țintă într-un tub de raze X, cu electroni accelerați (spectre primare), fie prin iradierea substanței cu raze primare (spectre de fluorescență). Spectrele de emisie sunt înregistrate de spectrometre cu raze X. Ele sunt investigate prin dependența intensității radiației de energia fotonului de raze X. Forma și poziția spectrelor de emisie de raze X oferă informații despre distribuția energiei a densității stărilor electronilor de valență, permit dezvăluirea experimentală a simetriei funcțiilor lor de undă și distribuția lor între electronii localizați puternic legați ai unui atom și electronii itineranți ai unui atom. solid.

Spectrele de absorbție a razelor X se formează atunci când o secțiune îngustă a spectrului bremsstrahlung este trecută printr-un strat subțire al substanței studiate. Prin investigarea dependenței coeficientului de absorbție a radiației de raze X de către o substanță de energia fotonilor de raze X, se obțin informații despre distribuția de energie a densității stărilor electronice libere. Pozițiile spectrale ale limitei spectrului de absorbție și maximele structurii sale fine fac posibilă găsirea multiplicității sarcinilor ionice în compuși (poate fi determinată în multe cazuri și din deplasările liniilor principale ale spectrului de emisie) . Spectroscopia cu raze X face posibilă, de asemenea, stabilirea simetriei celui mai apropiat mediu al atomului, investigarea naturii legăturii chimice. Spectrele de raze X care decurg din bombardarea atomilor țintă cu ioni grei de înaltă energie oferă informații despre distribuția atomilor emitenți în multiplicitatea ionizărilor interne. Spectroscopia electronică cu raze X este utilizată pentru determinarea energiei nivelurilor interne ale atomilor, pentru analiza chimică și determinarea stărilor de valență ale atomilor din compușii chimici.

1. Echipament cu raze X. Cameră cu raze X și tub cu raze X

O cameră cu raze X este un dispozitiv pentru studierea sau controlul structurii atomice a unei probe prin înregistrarea pe o peliculă fotografică a unui model care apare în timpul difracției razelor X pe proba studiată. O cameră cu raze X este utilizată în analiza structurală cu raze X. Scopul camerei cu raze X este de a se asigura că sunt îndeplinite condițiile pentru difracția cu raze X și pentru imagistica cu raze X.

Sursa de radiații pentru camera cu raze X este un tub cu raze X. Camerele cu raze X pot fi diferite structural in functie de specializarea camerei (camera cu raze X pentru studiul monocristalelor, policristale; camera cu raze X pentru obtinerea de modele cu raze X cu unghi mic, camera cu raze X pentru X- topografie cu raze etc.). Toate tipurile de camere cu raze X conțin un colimator, o unitate de montare a probei, o casetă de film, un mecanism de mișcare a probei (și uneori casete). Colimatorul formează fasciculul de lucru al radiației primare și este un sistem de fante (găuri), care, împreună cu focalizarea tubului cu raze X, determină direcția și divergența fasciculului (așa-numita geometrie a metodei) . În loc de colimator, la intrarea camerei poate fi instalat un cristal monocromator (plat sau curbat). Monocromatorul selectează razele X de anumite lungimi de undă în fasciculul primar; un efect similar poate fi obținut prin instalarea unor filtre absorbante selective în cameră.

Unitatea de instalare a probei îl fixează în suport și își stabilește poziția inițială față de grinda primară. De asemenea, servește la centrarea probei (aducând-o la axa de rotație), și în camera de raze X pentru studiul monocristalelor - și la înclinarea probei pe capul goniometric (Fig. 3.4.1). Dacă proba este sub formă de placă, atunci este fixată pe ghidaje aliniate. Acest lucru elimină nevoia de centrare suplimentară a probei. În topografia cu raze X a plachetelor mari monocristaline, suportul de probă poate transla (scana) în sincronism cu deplasarea filmului, menținând în același timp poziția unghiulară a probei.

Fig.3.4.1. Cap goniometric: O - proba, D - ghidaje arc pentru inclinarea probei in doua directii reciproc perpendiculare; МЦ este un mecanism de centrare a probei care servește la aducerea centrului arcelor, în care se află eșantionul, pe axa de rotație a camerei.

Caseta camerei cu raze X este folosita pentru a da filmului forma necesara si pentru protectie la lumina. Cele mai comune casete sunt plate și cilindrice (de obicei coaxiale cu axa de rotație a probei; pentru metodele de focalizare, proba este plasată pe suprafața cilindrului). În alte camere cu raze X (de exemplu, goniometre cu raze X, cameră cu raze X pentru topografie cu raze X) caseta se mișcă sau se rotește sincron cu mișcarea probei. În unele camere cu raze X (integratoare), caseta este, de asemenea, mutată cu o cantitate mică cu fiecare ciclu de expunere. Acest lucru duce la murdarea maximului de difracție pe filmul fotografic, medierea intensității radiației înregistrate și creșterea preciziei măsurării acesteia.

Mișcarea probei și a casetei este utilizată în scopuri diferite. Când policristalele se rotesc, numărul de cristalite care cad în poziția de reflectare crește - linia de difracție pe modelul de raze X se dovedește a fi uniform înnegrită. Mișcarea unui singur cristal face posibilă aducerea diferitelor planuri cristalografice într-o poziție de reflectare. În metodele topografice, mișcarea eșantionului vă permite să extindeți aria de studiu. În camera cu raze X, unde caseta se mișcă sincron cu proba, mecanismul său de mișcare este conectat la mecanismul de mișcare a probei.

O cameră cu raze X face posibilă obținerea structurii unei substanțe atât în ​​condiții normale, cât și la temperaturi ridicate și scăzute, în vid profund, într-o atmosferă cu o compoziție deosebită, sub deformații și solicitări mecanice etc. Suportul de probă poate avea dispozitive pentru crearea temperaturilor necesare, vid, presiune, instrumente de măsură și protecție a componentelor camerei de influențe nedorite.

Camerele cu raze X pentru studiul policristalelor și monocristalelor sunt semnificativ diferite. Pentru a studia policristalele, puteți utiliza un fascicul primar paralel (camere cu raze X Debye: Fig. 3.4.2, a) și unul divergent (camere cu raze X de focalizare: Fig. 3.4.2, b și c). Camerele cu raze X cu focalizare au o viteză mare de măsurare, dar modelele de raze X obținute cu acestea înregistrează doar o gamă limitată de unghiuri de difracție. În aceste camere de raze X, o sursă de izotop radioactiv poate servi ca sursă de radiație primară.

Fig.3.4.2. Principalele scheme ale camerelor de raze X pentru studiul policristalelor: a – Camera Debye; b – camera de focalizare cu cristal-monocromator curbat pentru studierea probelor „în transmisie” (regiune a unghiurilor mici de difracție); c – camera de focalizare pentru fotografiere inversă (unghiuri mari de difracție) pe o casetă plată. Săgețile arată direcțiile fasciculelor directe și de difracție. O - proba; F este focarul tubului cu raze X; M - cristal-monocromator; K - caseta cu film F; L este o capcană care interceptează un fascicul de raze X neutilizat; FD este cercul de focalizare (cercul de-a lungul căruia sunt situate maximele de difracție); KL - colimator; MC - mecanism de centrare a probei

Camera cu raze X pentru studiul microcristalelor este structural diferită în funcție de scopul lor. Există camere pentru orientarea unui cristal, adică determinarea direcției axelor sale cristalografice (Fig. 3.4.3, a). Cameră de rotație-oscilație cu raze X pentru măsurarea parametrilor rețelei cristaline (prin măsurarea unghiului de difracție al reflexiilor individuale sau a poziției liniilor principale) și pentru determinarea tipului de celulă unitară (Fig. 3.4.3, b).

Fig.3.4.3. Principalele scheme ale camerelor cu raze X pentru studiul monocristalelor: a - camera pentru studiul monocristalelor imobile prin metoda Laue; b – camera de rotatie.

Filmul fotografic prezintă maxime de difracție situate de-a lungul liniilor stratificate; când rotația este înlocuită cu oscilația probei, numărul de reflexii pe liniile stratificate este limitat de intervalul de oscilații. Rotirea probei se realizează cu ajutorul angrenajelor 1 și 2, oscilațiile acesteia - prin caloidul 3 și pârghia 4; c – Cameră cu raze X pentru determinarea dimensiunii și formei celulei elementare. О – proba, ГГ – cap goniometric, γ – halo și axa de rotație a capului goniometric; GL - colimator; K - caseta cu film F; EC - caseta pentru filmarea epigramelor (reverse shooting); MD este mecanismul de rotație sau oscilație a probei; φ – halo și axa de oscilație a probei; δ – ghidarea arcului de înclinări a axei capului goniometric

O cameră cu raze X pentru înregistrarea separată a maximelor de difracție (măturare a liniilor stratificate) se numește goniometre cu raze X cu înregistrare foto; cameră topografică cu raze X pentru studiul perturbărilor rețelei cristaline în cristale aproape perfecte. Camerele cu raze X pentru cristale simple sunt adesea echipate cu un sistem de goniometru reflectorizant pentru măsurarea și configurarea cristalelor fațetate.

Pentru a studia corpurile amorfe și sticloase, precum și soluțiile, se folosesc camere cu raze X care înregistrează împrăștierea la unghiuri de difracție mici (de ordinul câtorva secunde de arc) în apropierea fasciculului primar; Colimatoarele unor astfel de camere trebuie să se asigure că fasciculul primar nu diverge, astfel încât să fie posibilă izolarea radiației împrăștiate de obiectul studiat la unghiuri mici. Pentru a face acest lucru, se utilizează convergența fasciculului, planurile cristalografice ideale extinse, se creează un vid etc. Camerele cu raze X pentru studierea obiectelor de dimensiunea micronului sunt folosite cu tuburi cu raze X cu focalizare clară; în acest caz, distanța eșantion-film poate fi redusă semnificativ (microcamere).

O cameră cu raze X este adesea numită după autorul metodei cu raze X folosită în acest dispozitiv.

Tub cu raze X, un dispozitiv electrovacuum care servește ca sursă de raze X. O astfel de radiație apare atunci când electronii emiși de catod decelerează și lovesc anodul (anticatodul); în acest caz, energia electronilor accelerată de un câmp electric puternic în spațiul dintre anod și catod este parțial convertită în energia radiației cu raze X. Radiația tubului cu raze X este o suprapunere a bremsstrahlung cu raze X pe radiația caracteristică a materialului anodic. Tuburile cu raze X se disting: după metoda de obținere a unui flux de electroni - cu catod termoionic (încălzit), catod cu emisie de câmp (ascuțit), catod bombardat cu ioni pozitivi și cu o sursă de electroni (β) radioactivă; după metoda de evacuare - etanșat, pliabil, în funcție de timpul de radiație - acțiune continuă, pulsată; în funcție de tipul de răcire a anodului - cu apă, ulei, aer, răcire prin radiații; în funcție de dimensiunea focalizării (zona de radiație pe anod) - macrofocus, focalizare clară; după forma sa - inel, rotund, riglat; după metoda de focalizare a electronilor pe anod - cu focalizare electrostatică, magnetică, electromagnetică.

Tubul cu raze X este utilizat în analiza structurală cu raze X, analiza spectrală, spectroscopie cu raze X, diagnosticare cu raze X, terapie cu raze X, microscopie cu raze X și microradiografie.

Tuburile de raze X sigilate cu un catod termoionic, un anod răcit cu apă și un sistem de focalizare electrostatică a electronilor sunt cele mai utilizate pe scară largă în toate zonele (Fig. 3.4.4).

Catodul termoionic al unui tub cu raze X este o spirală sau un filament drept de sârmă de tungsten încălzit de un curent electric. Secțiunea de lucru a anodului - o suprafață de oglindă metalică - este situată perpendicular sau la un anumit unghi pe fluxul de electroni. Pentru a obține un spectru continuu de radiații cu raze X de energii și intensitate mari, se folosesc anozi din Au, W; în analiza structurală se folosesc tuburi cu raze X cu anozi de Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Mo, Ag. Principalele caracteristici ale tubului cu raze X sunt tensiunea maximă admisă de accelerare (1-500 kV), curentul electronic (0,01 mA - 1 A), puterea specifică disipată de anod (10 - 104 W \ mm 2) consumul total de putere (0,002 W - 60 kW).

Fig.3.4.4. Schema tubului cu raze X pentru analiza structurala: 1 - sticlă cu anod metalic (de obicei împământat); 2 – ferestre din beriliu pentru ieșire cu raze X; 3 – catod termoionic; 4 - bec de sticlă, izolând partea anodică a tubului de catod; 5 - bornele catodice, cărora li se aplică tensiunea de încălzire, precum și tensiunea mare (față de anod); 6 – sistem electrostatic de focalizare a electronilor; 7 – intrare (anticatod); 8 - conducte de ramificație pentru intrarea și ieșirea apei curente care răcesc sticla de admisie