Siegbahnova notace - Siegbahn notation
The Siegbahnova notace se používá v Rentgenová spektroskopie pojmenovat spektrální čáry které jsou charakteristické pro prvky. To bylo představeno Manne Siegbahn.
The charakteristické linie v rentgenových emisních spektrech odpovídají atomové elektronické přechody kde elektron skočí dolů na prázdné místo v jedné z vnitřních skořápek atomu. Takový otvor ve vnitřním plášti mohl být vyroben bombardováním elektrony v Rentgenová trubice, jinými částicemi jako v PIXE jinými rentgenovými paprsky Rentgenová fluorescence nebo radioaktivní rozpad jádra atomu.
Ačkoli je tato notace stále široce používána ve spektroskopii, je nesystematická a často matoucí. Z těchto důvodů, Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) doporučuje další novější nomenklatura. Tabulka níže ukazuje několik běžných elektronických úrovní s jejich názvy v notaci Siegbahn a IUPAC.
Nízká úroveň energie | Vysoká úroveň energie | Siegbahnova notace | Notace IUPAC |
---|---|---|---|
K (1 s−1) | L3 (2 s.)3/2−1) | Ka1 | K-L3 |
L2 (2 s.)1/2−1) | Ka2 | K-L2 | |
M3 (3 s.)3/2−1) | Kβ1 | K-M3 | |
M2 (3 s.)1/2−1) | Kβ3 | K-M2 | |
L3 (2 s.)3/2−1) | M5 (3d5/2−1) | La1 | L3-M5 |
M4 (3d3/2−1) | La2 | L3-M4 | |
L2 (2 s.)1/2−1) | M4 (3d3/2−1) | Lβ1 | L2-M4 |
M5 (3d5/2−1) | N7 (4f.)7/2−1) | Ma1 | M5-N7 |
Dějiny
Použití písmen K a L k označení rentgenových paprsků pochází z papíru z roku 1911 Charles Glover Barkla s názvem Spektra fluorescenčního záření Röntgen.[1] ("Röntgenovo záření" je archaický název pro „rentgenové paprsky“ ) Do roku 1913, Henry Moseley jasně rozlišil dva typy rentgenových čar pro každý prvek a pojmenoval je α a β.[2] V roce 1914 v rámci své diplomové práce Ivar Malmer (sv: Ivar Malmer ), student Manne Siegbahn, zjistili, že linie α a β nebyly jednotlivé linie, ale dublety. V roce 1916 Siegbahn zveřejnil tento výsledek v časopise Příroda pomocí toho, co se stalo známým jako Siegbahnova notace.[3]
K-alfa
Emisní čáry K-alfa vznikají, když elektron přechází do nejvnitřnějšího pláště „K“ (hlavní kvantové číslo 1) z 2p oběžné dráhy druhého nebo „L“ pláště (s hlavním kvantovým číslem 2). Čára je ve skutečnosti dublet, s mírně odlišnými energiemi v závislosti na interakce spin-orbita energie mezi elektronovým spinem a orbitální hybností 2p orbitalu. K-alfa je typicky zdaleka nejsilnější rentgenová spektrální čára pro prvek bombardovaný energií dostatečnou k vyvolání maximálně intenzivní rentgenové emise.
Emise K-alfa se skládá ze dvou spektrálních čar, K-alfa1 a K-alfa2 (viz obrázek vpravo).[4] K-alfa1 emise je vyšší v energii a má tedy nižší vlnovou délku než K-alfa2 emise. Větší počet elektronů sleduje K-alfa1 přechod (L.3 → K) vzhledem k K-alfa2 (L.2 → K) přechod, který způsobí K-alfa1 emise být intenzivnější než K-alfa2. U všech prvků poměr intenzit K-alfa1 a K-alfa2 je velmi blízko 2: 1.[5] K-alfa1 a K-alfa2 jsou dostatečně blízko vlnové délky, že průměr dvou vlnových délek, K-alfa, je použit v rentgenové difraktometrii bez oddělení monochromátorem, což by způsobilo významnou ztrátu intenzity dopadajícího paprsku.
Analogická čára spektra K-alfa ve vodíku je známá jako Lyman alfa; avšak kvůli malému jadernému náboji vodíku je tato čára v ultrafialovém, nikoli v rentgenovém rozsahu.
Příkladem linií K-alfa jsou linie viděné pro železo jako atomy železa vyzařující rentgenové paprsky spirálovitě spirálovité Černá díra ve středu galaxie.[6] Pro tyto účely je energie linky adekvátně vypočítána s přesností na 2 číslice pomocí Moseleyho zákon: EK-alfa1= (3/4) Ry (Z-1)2= (10,2 eV) (Z − 1)2, kde Z je atomové číslo a Ry = Rydbergova energie = 13,6 eV.[7] Například K-alfa pro železo (Z = 26) se počítá tímto způsobem (10,2 eV) (25)2 = 6,375 keV. Pro astrofyzikální účely Doppler a další efekty (například gravitační rozšíření) ukazují železnou K-alfa linii s lepší přesností než 6,4 keV.[8][9]
Hodnoty přechodových energií
- Hodnoty různých druhů přechodových energií, jako je K.α, K.β, L.α, L.β a tak dále pro různé prvky lze nalézt v Databáze rentgenových přechodových energií NIST a atomová databáze Spectr-W3 pro plazmovou spektroskopii.[10]
- Hodnoty emisí K-alfa pro vodíkové součty a ionty podobné heliu lze najít v tabulce 1-5 v LBNL X-Ray Data Booklet.[11]
K-beta
Emise K-beta, podobné emisím K-alfa, vznikají při přechodu elektronu do nejvnitřnější skořepiny „K“ (hlavní kvantové číslo 1) z 3p oběžné dráhy třetí nebo „M“ skořápky (s hlavním kvantovým číslem 3).
Hodnoty lze najít v databázi rentgenových přechodových energií.[12][13]
Viz také
Reference
- ^ Barkla, Charles G (1911). „Spektra fluorescenčního záření Röntgen“. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 22 (129): 396–412. doi:10.1080/14786440908637137.
- ^ Henry Moseley (1913). „Vysokofrekvenční spektra prvků“. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 26 (156): 1024–1034. doi:10.1080/14786441308635052.
- ^ MANNE SIEGBAHN (17. února 1916). „Vztahy mezi sériemi K a L vysokofrekvenčního spektra“. Příroda. 96 (2416): 676. Bibcode:1916 Natur..96R.676S. doi:10.1038 / 096676b0. S2CID 36078913.
- ^ Clark, C. M .; Dutrow, B.L. "Monokrystalická rentgenová difrakce". Geochemické vybavení a analýza. Carleton College. Citováno 22. dubna 2019.
- ^ Klug, H. P .; Alexander, L. E. (1974). Rentgenové difrakční postupy: pro polykrystalické a amorfní materiály (2. vyd.). John Wiley and Sons, Inc. str. 86. ISBN 978-0-471-49369-3.
- ^ Fukumura, Keigo; Tsuruta, Sachiko (10.10.2004). „Profily fluorescenční linie Iron Kα ze spirální akumulace proudí v aktivních galaktických jádrech“. Astrofyzikální deník. 613 (2): 700–709. arXiv:astro-ph / 0405337. Bibcode:2004ApJ ... 613..700F. doi:10.1086/423312. S2CID 119372852.
- ^ Mohr, Peter J .; Newell, David B .; Taylor, Barry N. (2016). "CODATA doporučené hodnoty základních fyzikálních konstant: 2014". Recenze moderní fyziky. 88 (3): 035009. arXiv:1507.07956. Bibcode:2016RvMP ... 88c5009M. doi:10.1103 / RevModPhys.88.035009. S2CID 1115862.
- ^ „Rentgenové přechodové energie - výsledek hledání“. fyzika.nist.gov. Citováno 2020-02-03.
- ^ Lee, Julia C .; Iwasawa, Kazushi; Houck, John C .; Fabian, Andrew C .; Marshall, Herman L .; Canizares, Claude R. (10.05.2002). „Tvar relativistické linie železa Kα z MCG −6-30-15 měřený pomocí [ITAL] Chandra [/ ITAL] vysokoteplotního přenosového mřížkového spektrometru a [ITAL] rentgenového časovače Rossi [/ ITAL]“. Astrofyzikální deník. 570 (2): L47 – L50. arXiv:astro-ph / 0203523. Bibcode:2002ApJ ... 570L..47L. doi:10.1086/340992.
- ^ Databáze Spectr-W3
- ^ Lawrence Berkeley National Laboratory Rentgenová datová brožura [1]
- ^ AtomDB [2]
- ^ NIST Databáze rentgenových přechodových energií [3]