X射线衍射分析的研究.ppt

第一章 X射线衍射分析 伦琴夫人的手 X照片 戒指 第一章 X射线衍射分析 1.1 X射线对晶体的衍射 1 X射线的产生； 2 X射线的本质 3 Bragg方程 思考题 由此，X射线被证实是一种频率很高（波长很短）的电磁波。 X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二像性。(1)波动性;(2)粒子性。 思考题 1. Al,面心立方,已知a=0.405nm，用线照射,问(111)面网组能产生几条衍射线。 2.已知，问用照射，能否使(440)面网组产生衍射？ 3.要使某个晶体的衍射数量增加， 你选长波的X射线还是短波的？ 波动性 X射线的波长范围： 0.05~100 ? 表现形式：在晶体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象，即证明了X射线的波动性。 粒子性 具有的一定的质量、能量和动量。 X射线的频率ν、波长λ以及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系： 式中h——普朗克常数，等于6.625× J.s; c——X射线的速度，等于2.998× cm/s. §1.2 倒易点阵 晶体具有空间点阵式的周期性结构，由晶体结构周期规律中直接抽象出来的点阵，称晶体点阵，用S 表示。它是一种虚点阵，是由晶体内部的点阵按照一定的规则推引出来的一套抽象点阵。用S*表示。倒易点阵的概念现已发展成为解释各种X 射线和电子衍射问题的有力工具，并能简化许多计算工作，所以它也是现代晶体学中的一个重要组成部分。 倒易点阵的性质 倒易矢量的性质 倒易点阵矢量垂直于正空间点阵平面。 正空间点阵平面间距等于倒易点阵矢量的倒数。 dhkl=1/r* 同样倒易点阵平面间距也等于正空间点阵矢量的倒数 1.3 衍射线的强度 相对强度: I相对=F2P（1+cos22θ/ sin2θcosθ） e-2M 1/u 式 中：F——结构因子； P——多重性因子；分式为角因子，其中θ为衍射线的布拉格角； e-2M ——温度因子； 1/u-吸收因子。 以下重点介绍结构因子F 1-4 X射线与物质相互作用 X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。 X射线的散射 ； X射线的吸收 ； X射线的衰减规律； 吸收限的应用； X射线的折射； 总结 。 X射线的散射 X射线被物质散射时，产生两种现象： 相干散射； 非相干散射。 相干散射 物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。 非相干散射 X射线光子与束缚力不大的外层电子 或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加。 非相干散射是康普顿（A.H.Compton）和我国物理学家吴有训等人发现的，亦称康普顿效应。非相干散射突出地表现出X射线的微粒特性，只能用量子理论来描述，亦称量子散射。它会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。 X射线的吸收 物质对X射线的吸收指的是X射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量，X射线发生了能量损耗。物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。这个过程中发生X射线的光电效应和俄歇效应。 光电效应； 俄歇效应。 光电效应 以X光子激发原子所发生的激发和辐射过程。被击出的电子称为光电子，辐射出的次级标识X射线称为荧光X射线。 产生光电效应，X射线光子波长必须小于吸收限λk。 俄歇效应 原子在入射X射线光子或电子的作用下失掉K层电子，处于K激发态；当L层电子填充空位时，放出E-E能量，产生两种效应： (1) 荧光X射线； (2) 产生二次电离，使另一个核外电子成为二次电子——俄歇电子。 X射线的衰减规律 当一束X射线通过物质时，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的强度衰减。衰减的程度与所经过物质中的距离成正比。式 质量衰减系数μm 表示单位重量物质对X射线强度的衰减程度。 质量衰减系数与波长和原子序数Z存在如下近似关系： K为常数 μm随λ的变化是不连续的其间被尖锐的突变分开。突变对应的波长为K吸收限。 X射线与物质相互作用 1.5X射