X射线及其衍射.ppt

§2-1 引言;;2. X-ray 的应用; 1912年由劳厄(M. Von. Laue)首先提出用X-ray 研究晶体结构 并由他的学生实验证实其在晶体中的衍射现象， 获得1914年的诺贝尔奖; 1912年布拉格父子(W. H. Bragg and W. L. Bragg) 第一次用X-ray衍射法的方法成功地测定了NaCl 晶体结构，1915年获诺贝尔奖。;1951年，比沃埃(J. M. Bijvoet)用X-ray衍射法测定 出右旋酒石酸钠铷的晶体结构。;X射线衍射使我们了解了蛋白质晶体结构;;§2-2 X-ray 的产生及其性质;X光机的简单电路图;封闭式X光管的结构图; X-ray 管阴极放出的热电子在高压电场（不同金属 的阳极靶都有其临界电压，超过此电压可产生特征 X-ray，如Cu靶的临界电压为8.981kV，但随着管电 压的加高，特征X-ray 的强度大幅度增强，所以， Cu 的工作电压为 30~40kV）作用下撞到X-ray源的 阳极靶上，大部分动能转化为热（需冷却水），小 部分却会产生连续X-ray。;2. X-ray 的波长范围;医学上： 1—400pm(0.01—4?)(波长较短，穿透能 力较强)，hard(硬), 对人体有伤害;15;一部分是由阳极金属材料成分决定的、波长确定的特征X射线 ;（1）. 白色X射线——具有连续波长。由于电子与 阳极物质撞击时，穿过一层物质，降低一部分动能， 穿透深浅不同，降低动能不等，波长不同。;L;原子能级以及电子跃迁时产生X-射线的情况 ;1. 高速电子流冲击金属阳极,原子内层低能级电子被击出;;Cu 靶X-ray;各线强度比例：;为了获得单色X-ray，需将Kβ及白色射线滤去：; 可选择一种金属，它的吸收限波长处在Kα和 Kβ之间，可吸收掉Kβ射线。;§2-3. 晶体的X-ray衍射;频率变低，即由原生X射线的光子轰击出原子内层电子，再由其它内层电子补位而产生X荧光光子。;（反冲电子及波长和方 向均改变的次生散射）;相干散射效应是X-ray在晶体中产生衍射的基础; X?晶体： 1. 大部分透过 2. 非散射能量转换: 热能 光电效应 3. 散射: 不相干散射 相干散射; 以上现象叫散射，所引起的波与波之间的 加强 或削弱作用叫波的相干;二、产生衍射的条件及原理;2、X-射线在晶体中的衍射方向; 次生X射线(球面波)的相互加强形成??射;如前图:X—射线从垂直于 直线点阵的方向射入，每个 原子的核外电子产生的相干波彼此发生干涉。;△=0 的衍射方向与入射线的方向一致，叫零次衍射； △=λ 的衍射叫一次衍射； … … ； △=n λ的衍射叫n次衍射.;3、X-射线在晶体中的衍射强度; 设有一直线点阵的周期为a，一个结构基元中有两个原子A、B，B位置在以A为原点的1/4 a 处。;相干波的加强和减弱;;§2-4. 衍射方向与晶胞参数;联系;;1、直线点阵衍射条件;其中：周期为a.;直线点阵的衍射方向; 直线点阵上衍射圆锥的形成;当α0 = 90° 时，Δ=acosα =hλ, h = ± n 的两套圆锥面对称，可得一组双曲线;平面点阵的衍射方向必须同时满足 x 和 y 方向的 衍射条件， 故应为两个方向的圆锥面的交线方向．;平面点阵的衍射方向;3、空间点阵衍射条件——劳埃方程; Laue 方程组;4、验证：在满足Laue方程组的条件下，通过任意两个 晶胞或结构基元的光程差必为波长的整数倍。;5、单晶结构分析;空间点阵的衍射; 因此，α、β、γ三个变数须满足以上四个方程。 在一般条件下这一要求是不能满足的，即得不到衍射 图，为了获得衍射图，必须增加一个变数，有以下两 种方法：;（1）劳埃法;方法：晶体不动（α0、β0、γ0 固定），改变波长 λ，即用包含各种波长的白色X-射线，总可 以找到满足关系式的λ。 ;（2）回转法;NaCl回转图及摄取情况示意图;设使晶轴绕C轴转动，按劳埃方程，一切衍射方向 必须满足：;c(cosγ-cosγ0)=l λ;②、意义;ⅱ). 计算晶胞体积V;解：当晶体绕[100]轴即a轴旋转时，有：;1×1.542×10-8;;