单晶结构分析课件.ppt

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1、7．结果的解释与表达单晶结构分析的过程1．晶体的选择与安置2．测定晶胞参数与基本对称性3．测定衍射强度数据4．衍射数据的还原与校正5．结构解析6．结构精修一.X-射线衍射的基本原理1．晶体结构和点阵把分子（或原子）抽象为一个点（结构基元），晶体可以看成空间点阵晶体的结构=结构基元+点阵ab单晶为一个空间点阵所贯穿的晶体晶体（crystal）是一种分子（或原子）有规律的重复排列的固体物质晶体最基本的特征在于其内部结构排列有严格的规律性，即结构中分子、原子的排列存在一定的周期性和对称性。周期性排列的最小单位称为晶胞，晶胞有两个要素:一是晶胞的大小和形状，由

2、晶胞参数a、b、c、α、β、γ规定；二是晶胞内各个原子的坐标位置，由原子坐标参数x、y、z规定，晶体学上的坐标系均采用右手定则，X、Y、Z轴分别平行于单位向量a、b、c，晶胞参数为单位。微观结构除了一定的周期性外，还有一定的对称性。各种可能的微观对称元素和Bravais点阵类型组合产生微观对称类型共有230种，称230空间群。这些类型在宏观外形和性质上表现的宏观对称性称为点群，一共32种。从对称划分，晶体分属七大类：三斜、单斜、正交、四方、三方、六方、立方等2．Miller指数（晶面指标）1）在点阵中任意三个不共线的点阵点可画一点阵平面。通过全部点阵点

3、的一族平行的点阵面，是一组等间距、相同的平面2）离原点最近的平面点阵，在三个轴上的截距分别为a/h、b/k、c/l，h、k、l为互质的整数，则（hkl）称为这一族平面点阵的指标，也称为Miller指数3）Miller指数为（hkl）的一族平面点阵，包含了点阵中全部点阵点，相邻的两平面间的距离为d(hkl)3.X射线衍射基本原理X射线是一种波长在0.001nm～10nm之间的电磁波，用于单晶结构分析的Ｘ－射线的波长(0.071073nm)与晶面间的距离相当。当一束平行单色X射线通过晶体时，在偏离入射光的某些方向，会观察到一定的强度，即为衍射现象。衍射的方

4、向与所用波长(λ)、晶体结构和晶体取向有关。若以(hkl)代表晶体的一簇平面点阵的指标，d(hkl)是这簇平面点阵中相邻两个平面之间的距离。入射的X射线与这簇平面点阵的夹角θ(nhnknl)满足下面布拉格公式，就可产生衍射：2d(hkl)sinθ(nhnknl)=nλ式中：n为整数，又叫衍射级数。式中nhnknl常用hkl表示，hkl称为衍射指标。它和平面点阵指标是整数倍关系。对于每一套指标为hkl、间隔为d的晶格平面，其衍射角和衍射级数n直接对应。不同n值对应的衍射点可以看成晶面距离不同的晶面的衍射，例如，hkl晶面在n=2时的衍射和2h2k2l晶面

5、在n=1时的衍射点等同。这样Bragg方程可以简化重排成下式，这样每个衍射点可以唯一地用一个hkl来标记：2d(hkl)sinθ(hkl)=λ或：sinθ(hkl)=λ/２·1/d(hkl)单晶X射线衍射线的强度晶体对X射线的衍射主要源于原子核外的电子对X射线的相干散射。原子序数不同，核外电子数不同，衍射能力有差别；原子的分布和位置不同，相干散射的结果也不同。因此衍射的强度中蕴藏着晶体中所含原子种类、数量以及分布的有关信息。4.单晶的培养晶体的生长和质量主要依赖于晶核形成和生长的速率晶核形成的快就会形成大量微晶，并易出现晶体团聚生长的速率太快会引起晶体

6、出现缺陷为了避免这两个问题常需“摸索”和“运气”1)溶液里晶体的生长最常用的方法:冷却或蒸发化合物的饱和溶液要点：缓慢结晶、不能让溶剂完全挥发措施：干净光滑的器皿清洁稳固的环境合适的溶剂适宜的温度2)溶液界面扩散法（liquiddiffusion)两种方法：A、B分别为两种反应物溶于两种不同的溶剂所形成的溶液A或B为待结晶化合物的溶液，而另一为惰性溶剂3)蒸汽扩散法（vapordiffusion)A、B分别为两种对目标物溶解度不同的溶剂，目标物溶解于溶解度大的A中，溶解度小的溶剂B的蒸汽慢慢扩散A中，降低目标物的溶解度，使之不断结晶出来4)凝胶扩散法(

7、diffusion)或将反应物之一置于凝胶中，另一种的溶液进行扩散（a）；或将两种反应物制成溶液，从不同方向向凝胶中扩散（b、c）abc常用的凝胶有：硅酸钠、四甲氧基硅胶、明胶和琼脂等5)水热法或溶剂热法(hydrothermalmethodandsolvothermalmethod)特别难溶的化合物可用此法，重要的技巧是控制好温度6)升华法(sublimation)能长出好的晶体，但应用较少。5.晶体的挑选和安置1)晶体的挑选必须选择在同一晶核上长成的单晶体。能够满足单晶结构分析的晶体，须达到如下标准：大小是一个重要因素。理想的尺寸取决于：晶体的衍射

8、能力和吸收效应程度（决定于晶体所含元素的种类和数量）；所用射线的强度和探测器的灵敏度（仪器的配