第十一章 X射线-XRD幻灯片.ppt

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 1895年，伦琴对阴极射线的研究过程中发现了一种穿透能力很强的射线 ——X射线（伦琴射线） 伦琴夫人的手 X照片 戒指 X-射线的性质 ① 肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离； ② 能透过可见光不能透过的物体； ③ 沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射； ④ 对生物有很厉害的生理作用。 X射线源 1895年伦琴发现X射线后，认为是一种波，但无法证明。 当时晶体学家对晶体构造（周期性）也没有得到证明。 1912年劳厄将X射线用于CuSO4晶体衍射同时证明了这两个问题,从此诞生了X射线晶体衍射学 根据劳厄斑的分布，可算出晶面间距，掌握晶体点阵结构 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。 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. 连续光谱： 管压低时，电子撞击阳极的时间和条件不一致，行成了各种波长的连续光谱 特征光谱： 原子内层次电子跃迁发出的辐射，与靶材有关，X射线管的管压超过靶的某一激发电位时才有标识光谱 特征X射线谱的产生 特征X射线的产生与阳极靶原子中的内层电子跃迁过程有关。如果管电压足够高，即由阴极发射的电子其动能足够大时，当它轰击靶时，就可以使靶原子中的某个内层电子脱离它原来所在的能级，导致靶原子处于受激状态。此时，原子中较高能级上的电子便将自发的跃迁到该内层空位上去，同时伴随有多余的能量的释放。多余的能量作为X射线量子发射出来。显然，这部分多余的能量等于电子跃迁前所在的能级与跃迁到达的能级之间的能量差。 X射线的频率由下式决定： hν＝ ω2 —ω1 ω1和ω2为原子的正常状态能量和受刺激状态时的能量。 当打去K层电子时，所有靠外边的电子层中的电子都可能落到那个空位上，当产生回落跃迁时就产生K系的X射线光谱。K系线中，Kα线相当于电子由L层过渡到K层，Kβ线相当于电子由M层过渡到K层。当然Kβ线比Kα线频率要高，波长较短。整个K系X射线波长最短。结构分析时所采用的就是K系X射线。 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射线与物质相互作用 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射线的散射 X射线的散射 相干散射：散射线波长与入射线波长相同，相位滞后恒定，散射线之间能相互干涉。 非相干散射（康普顿-吴有训，1923年 ）：散射线波长与入射线波长不同时，散射线之间不相互干涉。 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射线的衰减和吸收 物质对X射线的吸收是指X射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量。对X射线而言，即发生了能量损耗。有时把X射线的这种能量损耗称为吸收。 物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁引起的。 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。 晶体的对称性和对 X 射线的衍射性 k(n)—反射级数 使用布拉格方程时，不直接赋予n以1，2，3数值，而采用另一种方式 假设X-ray照射到晶体的（100）面，发生了二级反射，则 2d100sinθ=2λ 假设在每两个（100