X射線熒光光譜分析技術(shù)系列講座 | X射線熒光光譜儀在化學(xué)態(tài)分析中的應(yīng)用
發(fā)布日期:2024-04-28 14:54:18

以下文章來源于布魯克X射線部門

X射線熒光光譜法進行元素的定性定量分析時,通常假定X射線熒光光譜與元素的化學(xué)態(tài)(價態(tài)、配位、化學(xué)鍵)無關(guān)。吉昂等在《X射線熒光光譜分析》[1]提到:當(dāng)原子的價態(tài)、配位狀態(tài)、結(jié)合鍵的離子性、晶體結(jié)構(gòu)的不同以及相鄰原子的種類不同時,由于價電子的分布狀態(tài)及其在周圍電場的變化,使其內(nèi)層電子能級產(chǎn)生微小變化,從而導(dǎo)致其特征X射線熒光光譜的譜線位置、譜線形狀和相對強度等發(fā)生變化,有時產(chǎn)生新的伴線。化學(xué)態(tài)的變化對X射線熒光光譜的影響很微小,通常被忽略。



  • 譜峰位置

  • 譜峰形狀(不對稱性、低能拖尾)

  • 特征譜線的相對強度

  • 產(chǎn)生新的伴線



化學(xué)態(tài)變化引起的X射線熒光光譜的變化很微小,需要采用分辨率較好的波長色散X射線熒光光譜儀來分辨化學(xué)態(tài),甚至采用特制的高分辨率雙晶X射線熒光儀進行元素的化學(xué)態(tài)研究。普通的波長色散X射線熒光光譜儀,選擇合適的條件,可以進行一些化學(xué)態(tài)的分析工作。比如,采用普通的波長色散X射線熒光光譜儀分析S的價態(tài):

  • 負(fù)二價的S2-的電子排布式:1S2, 2S2, 2P6, 3S2, 3P6

  • 正六價的S6+的電子排布式:1S2, 2S2, 2P6

  • S的價電子的顯著變化導(dǎo)致了S的X射線熒光光譜的比較明顯的變化


不同價態(tài)的原子,其內(nèi)層電子的能級有微小變化,因此產(chǎn)生的特征譜線的能量(波長)也會有微小的變化。

S Kα的波長隨化學(xué)價態(tài)的升高而呈線性減小。

樣品:

  • S2-,黃銅礦單礦物(CuFeS2)(標(biāo)樣編號:GBW07268)
  • S6+,光譜純CuSO4
  • Sample No1和No2是部分被氧化的黃銅礦

采用分辨率高的Ge晶體(2d=0.65319nm)分析S Kα的X射線熒光光譜。S6+的S Kα比S2-的S Kα的2θ角度低了約0.1度[2]。



不同價態(tài)的原子的價電子成鍵于不同的分子軌道,電子的躍遷幾率會有所變化,因此不同譜線的相對強度會有相應(yīng)的變化
例子:

  • 硫的Kα/Kβ比例與(S6+/總硫)成正比[3]
  • (Cu Lα/Cu Kα)和(Fe Lα/Fe Kα)比值越大,價態(tài)越低[4]


當(dāng)化學(xué)態(tài)變化時,比如價態(tài)變化,結(jié)合的相鄰元素變化,可能會出現(xiàn)特殊的伴線。元素的價電子和與其結(jié)合的元素的價電子形成的分子軌道電子向K層電子層躍遷,產(chǎn)生伴線。
當(dāng)S與O結(jié)合時會產(chǎn)生伴線S Kβ’,S Kβ和S Kβ’能量差在14.0~14.7eV??梢钥吹?,硫酸根出現(xiàn)了伴線,硫化物沒有出現(xiàn)伴線。


受制于普通波長色散X射線熒光光譜儀的分辨率的局限性,采用普通波長色散X射線熒光光譜儀分析化學(xué)態(tài)的工作開展較少。目前比較成功的應(yīng)用例子是采用普通波長色散X射線熒光光譜儀分析水泥中的硫化物和硫酸根。


參考文獻(xiàn):
  • [1]吉昂,陶光儀,卓尚軍,羅立強. X射線熒光光譜分析.科學(xué)出版社. 2003:247
  • [2] Ying Xiaohu,ChenShaohong(應(yīng)曉滸,陳少鴻). Spectroscopy and Spectral Analysis (光譜學(xué)與光譜分析),2005,25(6):952
  • [3]R.Schlotz. Methods for Determination of the Sulfate and Sulfide Content in Cement Samples Using X-Ray Fluorescence Analysis[R]. Siemens Analytical Application Note No.322, Germany 1990:1
  • [4] Chen Liqing, Liu Zuqin, Zhang Wei(陳麗卿,劉祖欽,張偉). Journal of Chinese Electron Microscopy Society(電子顯微學(xué)報). 1992,11(6):451