第1章X射线衍射基础.ppt

X射线衍射分析 引言 1895年11月5日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线时，发现了X射线。 1912年，德国物理学家劳厄等人发现了X射线在胆矾晶体中的衍射现象，一方面确认了X射线是一种电磁波，另一方面又为X射线研究晶体材料开辟了道路。 同年，英国物理学家布拉格父子首次利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体的结构，开创了X射线晶体结构分析的历史。 X射线在近代科学和工艺上的应用主要有以下三个方面：1.X射线透视技术。2.X射线光谱技术。3.X射线衍射技术。 利用X射线通过晶体时会发生衍射效应这一特性来确定结晶物质的物相的方法，称为X射线物相分析法。 目前，X射线物相分析法作为鉴别物相的一种有效的手段，已在地质、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物质、药物、纺织、食品等许多领域中得到了广泛的应用。 1.2 X射线物理基础 X射线的本质 X射线从本质上说，和无线电波、可见光、?射线一样，也是一种电磁波，其波长范围在0.01—100埃之间，介于紫外线和?射线之间，但没有明显的界限。 X射线管有多种不同的类型，目前小功率的都使用封闭式电子X射线管，而大功率X射线机则使用旋转阳极靶的X射线管。 1.2.3 X射线产生的条件 X射线产生的条件 能够提供足够供衍射实验使用的X射线，目前都是以阴极射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的，所以要获得X射线必须具备如下条件： 第一，产生自由电子的电子源，加热钨丝发射热电子。 第二，设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶，用以产生X射线。 第三，施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由电子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器。 第四，将阴阳极封闭于小于133.3?10-6Pa的高真空中，保持两极纯洁，促使加速电子无阻挡地撞击到阳极靶上。X射线管是产生X射线的源泉，高压发生器及其附加设备给X射线管提供稳定的光源，并可根据需要灵活调整管压和管流。 1.2.4 X射线谱 X射线谱指的是X射线强度I随波长λ变化的关系曲线。X射线的强度大小决定于单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数。 1.?????? 连续X射线谱 连续X射线谱是由某一短波限开始的一系列连续波长组成。它具有如下的规律和特点： （1）、当增加X射线管压时，各波长射线的相对强度一致增高，最大强度波长λm和短波限λ0变小。 （2）、当管压保持不变，增加管流时，各种波长的X射线相对强度一致增高， 但λm和λ0数值大小不变。 （3）、当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随元素的原子序数的增加而增加。 2.???? 特征X射线谱 特征X射线具有特定的波长，且波长取决于阳极靶元素的原子序数，只有当管压超过某一特定值时才能产生特征X射线。特征X射线谱是叠加在连续X射线谱上的。 特征X射线的产生可以从原子结构的观点得到解释。 特征X射线的相对强度是由各能级间的跃迁几率决定的，另外还与跃迁前原来壳层上的电子数多少有关。 特征X射线的绝对强度随X射线管电压、管电流的增大而增大。 特征X射线产生的根本原因是原子内层电子的跃迁 X射线与物质的相互作用 当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线，另一部分光子可能被原子吸收，产生光电效应，再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。 1.????? 相干散射 2.????? 非相干散射 3.?????? 二次特征辐射（荧光辐射） 真吸收 俄歇效应 光电效应 X射线与物质的相互作用 4.????? X射线的衰减 当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。 当X射线穿过物体时，其强度是按指数规律下降的。若以I0表示入射到物体上的入射线束的原始强度，而以I表示穿过厚度为x的匀质物体后的强度，则有： I=I0e-μlx 式中μl称之为线吸收系数，它相应于单位厚度的该种物体对X射线的吸收，对于一定波长的X射线和一定的吸收体而言为常数。但它与吸收体的原子序数Z、吸收体的密度及X射线波长λ有关，实验证明，μl与吸收体的密度ρ成正比，即： μl=μmρ 这里μm称为质量吸收系数，它只与吸收体的原子序数Z以及X射线波长有关，而与吸收体的密度无关，所以有： I=I0e-μmρx ??X射线的探测与防护 1.???探测 荧光屏法 照相法 电离法 2.???防护 X射线衍射原理 如果让一束连续X射线照射到一薄片晶体上，而在晶体后面放一黑纸包着的照相底片来探测X射线，则将底片显影定影以后，我们可看到除了连续的背景和透射光束造成的斑点外，还可以发现有许多其它斑点存在。 本节的主要内容是由波的干涉加强的条件出发，推导出衍射线的方向与点