ASAXS - Helmholtz-Zentrum Berlin

4 Zusätzliche Charakterisierungsmethoden
Die Nachweisgrenze der jeweiligen Elemente hängt von der Zusammensetzung der Probe
ab. Für leichte Elemente in einer Umgebung, bestehend aus schwereren Elementen, können
1 × 10 −1 % nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu 1 × 10 −5 % Nachweisempfindlichkeit für
schwerere Elemente in einer Umgebung aus leichten Elementen.
Bei der XRF wird ein Elektron aus einer Rumpfschale eines Atoms durch eine äußere
Einwirkung entfernt. Die entstandene Lücke in der Rumpfschale wird innerhalb von 10 −12 -
10 −14 s durch einen Elektronenübergang aus einer weiter außen liegenden Elektronenschale
aufgefüllt. Dabei kann ein Photon emittiert werden, dessen Energie der Energiedifferenz der
beiden Energieniveaus entspricht. Das emittierte Photon ist elementspezifisch und wird als
charakteristisches Röntgenquant bezeichnet (Abbildung 4.1). Alternativ zur Emission eines
Photons kann ein Auger-Elektron emittiert werden.
Energie (nicht maßstäblich)
Schale K-Serie L-Serie Elektronenzustand
NVII
NVI NV NIV
NIII NII NI
M V
M III
M I
L III
L I
K
M IV
MII
L II
α 2 α 1 β 3 β1
β 4 β 3 γ2 γ3
LI
η β1 γ5 γ1
η α2 α1 β6 β15 β2
Abbildung 4.2: Energieniveauschema. Die Energieniveaus geben die Ionisierungsenergien des
Atoms bzw. Bindungsenergien seiner Elektronen an. Sie werden durch die
Elektronenschalen gekennzeichnet, in der die Ionisation erfolgt. Es sind die
möglichen elektrischen Dipolübergänge für die K- bzw. L-Serien eingezeichnet.
Die für die Analytik bedeutsamen Elektronenübergänge sind durch dicke Pfeile
hervorgehoben.
Das Röntgenfluoreszenzspektrum besteht in der Regel aus nur wenigen charakteristischen
Linien, deren Intensität proportional zum Gehalt des jeweiligen Elementes in der Probe ist.
Die charakteristischen Linien können bestimmten Serien zugeordnet werden. Elektronenübergänge
von äußeren Elektronenschalen in die K-Schale gehören zu der K-Serie. Übergänge in
die L-Schale gehören zur L-Serie und so weiter. In Abbildung 4.2 ist ein Ausschnitt eines
Termschemas dargestellt. Welche elektronischen Dipolübergänge erlaubt sind, hängt von den
quantenmechanischen Auswahlregeln für die Änderungen der Drehimpulsquantenzahl l und
der Gesamtdrehimpulsquantenzahl j ab. Übergänge sind erlaubt, wenn sich die Drehimpuls-
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LII
LIII
4f7/2
4d5/2
4p 3/2
4s1/2
3d 5/2
3p 3/2
3s1/2
2p 3/2
2s1/2
1s1/2
4f 5/2
4d 3/2
4p1/2
3d 3/2
3p 1/2
2p 1/2