Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Обозначения Зигбаны используются в рентгеновской спектроскопии , чтобы назвать спектральные линии , которые являются характерными для элементов. Его представил Манн Зигбан .

Эти характерные черты в рентгеновских спектрах излучений соответствуют атомным электронным переходам , где электрон перескакивает вниз к вакансии в одной из внутренних оболочек атома. Такое отверстие во внутренней оболочке могло быть создано бомбардировкой электронами в рентгеновской трубке , другими частицами, как в PIXE , другими рентгеновскими лучами при рентгеновской флуоресценции или радиоактивным распадом ядра атома.

Хотя эти обозначения все еще широко используются в спектроскопии, они бессистемны и часто сбивают с толку. По этим причинам Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC) рекомендует другую, более новую номенклатуру . В таблице ниже показаны некоторые из распространенных электронных уровней с их названиями в обозначениях Зигбана и ИЮПАК.

Обозначение Зигбана
Низкий уровень энергииВысокий уровень энергииОбозначение ЗигбанаОбозначение ИЮПАК
К (1 с −1 )L 3 (2p 3/2 - 1 )Kα 1KL 3
L 2 (2p 1/2 - 1 )Kα 2KL 2
M 3 (3p 3/2 - 1 )Kβ 1КМ 3
M 2 (3p 1/2 - 1 )Kβ 3КМ 2
L 3 (2p 3/2 - 1 )М 5 (3д 5/2 - 1 )Lα 1L 3 -M 5
M 4 (3d 3/2 −1 )Lα 2Л 3 -М 4
L 2 (2p 1/2 - 1 )M 4 (3d 3/2 −1 )Lβ 1Л 2 -М 4
М 5 (3д 5/2 - 1 )N 7 (4f 7/2 −1 )Mα 1М 5 -Н 7

История [ править ]

Использование букв K и L для обозначения рентгеновских лучей происходит от статьи Чарльза Гловера Баркла 1911 года , озаглавленной «Спектры флуоресцентных рентгеновских лучей» . [1] («Рентген-излучение» - архаичное название «рентгеновских лучей» ) К 1913 году Генри Мозли четко различил два типа рентгеновских линий для каждого элемента, назвав их α и β. [2] В 1914 году в рамках своей диссертации Ивар Малмер ( sv: Ivar Malmer ), ученик Манна Зигбана , обнаружил, что линии α и β были не одиночными линиями, а дублетами. В 1916 году Зигбан опубликовал этот результат в журнале Nature., используя то, что стало известно как нотация Зигбана. [3]

K-alpha [ править ]

Атомные уровни, участвующие в эмиссии меди K α и K β

K-альфа-эмиссионные линии возникают, когда электрон переходит на самую внутреннюю «K» -оболочку (главное квантовое число 1) с 2p-орбитали второй или L-оболочки (с главным квантовым числом 2). На самом деле линия представляет собой дублет с немного разными энергиями в зависимости от энергии спин-орбитального взаимодействия между спином электрона и орбитальным моментом 2p-орбитали. K-альфа обычно является самой сильной рентгеновской спектральной линией для элемента, бомбардируемого с энергией, достаточной, чтобы вызвать максимально интенсивное рентгеновское излучение.

K-альфа-излучение состоит из двух спектральных линий, K-альфа 1 и K-альфа 2 (см. Рисунок справа). [4] Излучение K-альфа 1 имеет более высокую энергию и, следовательно, имеет меньшую длину волны, чем излучение K-альфа 2 . Большее количество электронов следует за переходом K-альфа 1 (L 3 → K) по сравнению с переходом K-alpha 2 (L 2 → K), который заставляет излучение K-альфа 1 быть более интенсивным, чем K-альфа 2 . Для всех элементов соотношение интенсивностей К-альфа 1 и К-альфа 2 очень близко к 2: 1. [5] K-альфа 1 и K-альфа 2 достаточно близки по длине волны, поэтому в рентгеновской дифрактометрии используется среднее значение из двух длин волн, K-альфа без разделения с помощью монохроматора, что привело бы к значительной потере интенсивности излучения. падающий луч.

Аналогичная линия спектра K-альфа в водороде известна как альфа Лаймана ; однако из-за небольшого заряда ядра водорода эта линия находится в ультрафиолетовом, а не в рентгеновском диапазоне.

Примером линий K-альфа являются те, которые наблюдаются для железа в виде атомов железа, излучающих рентгеновские лучи, уходящие по спирали в черную дыру в центре галактики. [6] Для таких целей энергия линии адекватно вычисляется с точностью до 2 цифр с использованием закона Мозли : E K-alpha1 = (3/4) Ry (Z-1) 2 = (10,2 эВ) ( Z - 1) 2 , где Z - атомный номер, а Ry = ридберговская энергия = 13,6 эВ. [7] Например, K-альфа для железа ( Z = 26 ) рассчитывается следующим образом (10,2 эВ) (25) 2 = 6,375 кэВ . Для астрофизических целей доплеровскийи другие эффекты (такие как гравитационное уширение) показывают линию K-альфа железа с большей точностью, чем 6,4 кэВ. [8] [9] Кроме того, линия K-альфа в меди часто используется в качестве основного источника рентгеновского излучения в лабораторных приборах для дифракционной спектрометрии (XRD).

Значения переходных энергий [ править ]

  • Значения различных видов энергий перехода, таких как K α , K β , L α , L β и т. Д. Для различных элементов, можно найти в базе данных энергий переходов рентгеновских лучей NIST и базе данных по атомам Spectr-W3 для спектроскопии плазмы. [10]
  • Значения эмиссии K-альфа для водородосумма и гелиеподобных ионов можно найти в Таблице 1-5 буклета рентгеновских данных LBNL. [11]

K-beta [ править ]

K-бета-излучения, аналогичные K-альфа-выбросам, возникают, когда электрон переходит на самую внутреннюю «K» оболочку (главное квантовое число 1) с 3p-орбитали третьей или M-оболочки (с главным квантовым числом 3).

Значения можно найти в базе данных энергий рентгеновских переходов. [12] [13]

См. Также [ править ]

  • Характерный рентген
  • Закон Мозли
  • Рентгеновское обозначение

Ссылки [ править ]

  1. ^ Баркла, Чарльз G (1911). «Спектры флуоресцентного рентгеновского излучения» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 22 (129): 396–412. DOI : 10.1080 / 14786440908637137 .
  2. ^ Генри Мозли (1913). «Высокочастотные спектры элементов» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 26 (156): 1024–1034. DOI : 10.1080 / 14786441308635052 .
  3. ^ Сигбан (17 февраля 1916). "Соотношение серий K и L высокочастотных спектров" . Природа . 96 (2416): 676. Bibcode : 1916Natur..96R.676S . DOI : 10.1038 / 096676b0 . S2CID 36078913 . 
  4. ^ Кларк, CM; Дутроу Б.Л. "Монокристаллическая дифракция рентгеновских лучей" . Геохимические приборы и анализ . Карлтон-колледж . Проверено 22 апреля 2019 .
  5. ^ Klug, HP; Александр, ЛЕ (1974). Методики дифракции рентгеновских лучей: для поликристаллических и аморфных материалов (2-е изд.). John Wiley and Sons, Inc. стр. 86. ISBN 978-0-471-49369-3.
  6. ^ Fukumura, Keigo; Цурута, Сатико (2004-10-01). "Профили флуоресцентных линий Kα железа из спиральных аккреционных потоков в активных ядрах галактик" . Астрофизический журнал . 613 (2): 700–709. arXiv : astro-ph / 0405337 . Bibcode : 2004ApJ ... 613..700F . DOI : 10.1086 / 423312 . S2CID 119372852 . 
  7. ^ Мор, Питер Дж .; Ньюэлл, Дэвид Б .; Тейлор, Барри Н. (2016). «CODATA рекомендуемые значения фундаментальных физических констант: 2014». Обзоры современной физики . 88 (3): 035009. arXiv : 1507.07956 . Bibcode : 2016RvMP ... 88c5009M . DOI : 10.1103 / RevModPhys.88.035009 . S2CID 1115862 . 
  8. ^ "Рентгеновские переходные энергии - Результат поиска" . Physics.nist.gov . Проверено 3 февраля 2020 .
  9. ^ Ли, Джулия С .; Ивасава, Казуши; Houck, John C .; Фабиан, Эндрю С .; Marshall, Herman L .; Канисарес, Клод Р. (2002-05-10). «Форма релятивистской линии Kα железа из MCG -6-30-15, измеренная с помощью решетчатого спектрометра [ITAL] Chandra [/ ITAL] с высокой пропускающей способностью и [ITAL] Rossi X-Ray Timing Explorer [/ ITAL]» . Астрофизический журнал . 570 (2): L47 – L50. arXiv : astro-ph / 0203523 . Bibcode : 2002ApJ ... 570L..47L . DOI : 10.1086 / 340992 .
  10. ^ База данных Spectr-W3
  11. ^ Lawrence Berkeley National Laboratory X-Ray данных Буклет [1]
  12. ^ AtomDB [2]
  13. ^ База данных энергий перехода рентгеновских лучей NIST [3]
  • Система номенклатуры рентгеновской спектроскопии (1991) ИЮПАК .