X射线-XRD.ppt

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1、第一章X射线衍射分析1.1X射线对晶体的衍射1X射线的产生；2X射线的本质3Bragg方程1X射线的发现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）W.K.Rontgen(1845-1923)德国维尔茨堡大学校长，实验物理学家，因发现X射线，第一个获诺贝尔物理学奖(1901年)抽真空容器，阳极（对阴极），由金属(高熔点的铜,钼,钨)制成。X射线是由阴极加发射出(热)电子，经几万伏高速电压加速，获得能量，运动速度很大，这种高速电子去撞击阳极，而发射出X射线。X射线性质：为不带电的粒

2、子流，不受电场磁场的影响。阴级阳级+-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射线源固体靶源转靶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2X射线的本质X-ray

3、晶体crystal劳厄斑Lauespots晶体的三维光栅Three-dimensional“diffractiongrating”1914年获诺贝尔物理学奖1912年劳厄利用天然晶体作为三维立体光栅，获得X射线衍射图，得到劳厄斑。为研究X射线的性质，作X射线的衍射实验。但由于其波长很短，难观察到衍射现象。晶体内原子按一定点阵排列得十分整齐，原子间距为几个埃，将晶体当作光栅常数很小的三维立体光栅。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

4、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：0.05~100Å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.X-radiationMicrowavesg-radiationUVIRRadiowaves10-610-311031061091012W

5、avelength(nm)可见光微波无线电波在电磁波谱中，X射线的波长范围约为0.005nm到10nm，相当于可见光波长的10万分之一到50分之一。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X射线谱X-lines:Ka,bandLa,betc.Ka:Ka1,Ka2由L层内不同亚能级电子向K层跃迁所发射的Ka1,Ka2谱线的关系：波长前者大于后者；IKa1,=2IKa2特征X射线谱的产生特征X

6、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—ω1ω1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

7、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。NaCl晶体的三维空间点阵研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构--材料性能.1953年，DNA脱氧核糖核酸的双螺旋结构（1962年诺贝尔生物和医学奖）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

8、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热能透射X射线衰减后的强度I0散射X射线电子荧光X射线相干的非相干的反冲电子俄歇电子光电子康普顿效应俄歇效应光电效应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