1.3.1 .Đặc tính và ảnh hưởng độc hại của kim loại nặng
2.1. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE
2.1.1 Cơ sở vật lý của phương pháp
Sự phát xạ tia X đặc trưng bao gồm nhiều quá trình. Đầu tiên, chùm ion tới (trong đề tài này sử dụng proton) sẽ tương tác và ion hóa nguyên tử bia bằng tương tác Coulomb, do đó tạo ra các lỗ trống ở các lớp điện tử nằm sâu bên trong nguyên tử. Tiếp theo, một hạt electron từ lớp ngồi sẽ nhảy vào để lấp lỗ trống ấy, q trình này sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (tia X đặc trưng). Tuy nhiên không phải điện tử nào khi nhảy vào lấp chỗ trống cũng phát ra tia X đặc trưng mà nó cịn có thể phát ra electron Auger. Điều này được giải thích như sau: khi electron ở lớp ngồi nhảy vào lấp chỗ trống, nó sẽ phát ra một năng lượng, năng lượng này sẽ kích thích các
electron ở lớp xa hơn. Nếu năng lượng kích thích lớn hơn năng lượng liên kết của electron ở lớp xa hơn thì nó sẽ làm bật electron ra khỏi nguyên tử. Electron này gọi là electron Auger. Hình 2.2 mơ tả q trình phát tia X đặc trưng (a) và quá trình phát electron Auger (b).
Hình 2.2. Quá trình phát tia X đặc trưng (a) và quá trình phát electron
Auger (b) [51]
Hình 2.3 là sơ đồ mô tả các dịch chuyển thông thường xảy ra giữa các lớp K, L, M, N, O. Ký hiệu quang phổ sử dụng ba số lượng tử n, l và j, trong đó số lượng tử chính n = 1, 2, 3,… tương đương với ký hiệu của các lớp K, L, M,…; Các ký hiệu s, p, d, f,… được sử dụng để ký hiệu cho các phân lớp l = 0, 1, 2, 3,…; Còn số lượng tử j = 1+ s với s là spin quỹ đạo ( s = 0 hoặc ½).
Các ký hiệu trên phổ tia X tuân theo quy luật: Chữ in hoa chỉ vạch cuối của sự chuyển dịch. Mỗi vạch cụ thể còn được phân biệt bằng cách gán thêm một chữ hy lạp và một chỉ số ở dưới đặt sau chữ cái in hoa, ví dụ α1, β2, γ5. Ví dụ ký hiệu L1 để chỉ sự dịch chuyển từ phân lớp 3d5/2 xuống phân lớp 2p3/2. Vạch α có năng lượng thấp nhất sau đó đến vạch β rồi đến vạch γ. Thông thường, đối với phương pháp PIXE, các nguyên tố nhẹ và trung bình (20 < Z < 50) sẽ được xác định thông qua các vạch tia X ở lớp K, còn các nguyên tố nặng (Z > 50) sẽ được xác định bởi các vạch tia X ở lớp L.
Hình 2.3. Sơ đồ dịch chuyển năng lượng giữa các mức [51]
Quá trình dịch chuyển electron từ mức năng lượng cao hơn đến mức năng lượng thấp hơn tuân theo quy tắc chọn lọc mô tả trong biểu thức (2.1).
Δn ≥1, Δl = ±1, Δj = 0,±1 (2.1)
Năng lượng của tia X đặc trưng (Ex) phát ra sẽ được xác định bằng hiệu năng lượng liên kết giữa hai lớp mà electron đã dịch chuyển tuân theo phương trình (2.2).
Ex = E1 – E2 (2.2)
trong đó E1, E2 lần lượt là năng lượng của trạng thái đầu và trạng thái cuối của dịch chuyển.