最新X-ray晶体结构分析原理教学讲义PPT课件.ppt

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1、X-ray晶体结构分析原理§2-1引言1、X-射线的发现1895年，德国物理学家伦琴（Röntgen1845-1923）在研究阴极射线时，发现了一种新的射线——X-ray,初时因为对它的本质还不认识,故名X射线.1912年布拉格父子(W.H.BraggandW.L.Bragg)第一次用X-ray衍射法的方法成功地测定了NaCl晶体结构，1915年获诺贝尔奖。1951年，比沃埃(J.M.Bijvoet)用X-ray衍射法测定出右旋酒石酸钠铷的晶体结构。1953年，美国化学家毕生(J.D.Watson)和英国化学家克里克(F.H.C.Cvick)根据X

2、-ray的衍射数据，提出了脱氧核糖核酸的双螺旋结构模型。1957年，克里弗特(D.Crowfoot)测定了维生素B12的结构。X射线衍射使我们了解了蛋白质晶体结构1965年，我国首次人工合成蛋白质——结晶牛胰岛素，在1971~1972年又成功地进行了胰岛素结构的测定。到60~70年代，衍射法和计算机技术结合，实现了收集衍射数据的自动化，发展测定结构的程序，使晶体结构的测定工作从少数晶体学家手中解放出来，而为广大有机化学家和无机化学家所掌握。§2-2X-ray的产生及其性质1.X-ray的产生在适当高真空的条件下(10-5~10-7mmHg)，高速电

3、子流受金属靶(对阴极)的拦截即可得到X-射线。此中包括三个条件：(c)通过“对阴极”的金属靶对高速电子实行拦截。(b)通过高压电(一般高压范围为101~102千伏)使自由电子加速，由阴极射向阳极(对阴极)。(a)产生自由电子(如通过烧灯丝，热发射自由电子)。X光机的简单电路图封闭式X光管的结构图X-ray管阴极放出的热电子在高压电场（不同金属的阳极靶都有其临界电压，超过此电压可产生特征X-ray，如Cu靶的临界电压为8.981kV，但随着管电压的加高，特征X-ray的强度大幅度增强，所以，Cu的工作电压为30~40kV）作用下撞到X-ray源的阳极

4、靶上，大部分动能转化为热（需冷却水），小部分却会产生连续X-ray。2.X-ray的波长范围范围：约1—10000pm(0.01—100Å)之间的电磁波。用于测定晶体结构的X-ray：波长为：50—250pm(0.5—2.5Å)，此波长范围与晶体点阵面间距大致相当。医学上：1—400pm(0.01—4Å)(波长较短，穿透能力较强)，hard(硬),对人体有伤害可知，小于0.05nm(50pm)的波长的X-ray,其衍射线将过分集中在低角度区，不易分辨；而大于0.25nm(250pm)的X-ray又易被样品和空气所吸收，衍射线强度降低。2dsinθ=

5、nλ因由：由布拉格方程:X射线分析：400—10000pm(4—100Å)(波长较长,穿透能力较低),soft(软),对人体组织伤害更大一部分是由阳极金属材料成分决定的、波长确定的特征X射线3.X-ray的类别（两类）由X-射线管产生的X-射线包含两部分：一部分是具有连续波长的“白色”X射线（1）.白色X射线——具有连续波长。由于电子与阳极物质撞击时，穿过一层物质，降低一部分动能，穿透深浅不同，降低动能不等，波长不同。（2）.特征X射线（单色）——波长确定。并由阳极金属材料成分决定，是由高速电子把原子内层电子激发，再由外层电子跃迁至内层，势能下降而

6、发生的X-射线，它的波长由原子能级决定。LK:Kα(Kα1,Kα2)MK:KβNK:Kγ特征X射线（单色）KLMNe原子能级以及电子跃迁时产生X-射线的情况1.高速电子流冲击金属阳极,原子内层低能级电子被击出;n=1(K)n=2(L)n=3(M)Kα1Kα2Kβ12.高能级电子跃迁到低能级补充空位,多余能量以X光放出.X-射线的发生Cu靶X-ray波长相应跃迁λ=(CuKα1)=154.056pm2P3/22S1/2(8.05Kev)λ=(CuKα2)=154.439pm2P1/22S1/2(8.03Kev)λ=(CuKβ)=139.222pm2P

7、3/22S1/22P1/22S1/2等因波长接近，强度小，所以可近似用Kβ表示。各线强度比例：I(CuKα2)：I(CuKα1)=0.497I(CuKβ)：I(CuKα1)=0.200当分辨率低时，Kα1和Kα2分不开，可用加权平均波长表示：λ(CuKα)=1×154.056pm+0.497×154.439pm1.497=154.18pm为了获得单色X-ray，需将Kβ及白色射线滤去：Cu靶产生的X射线谱可选择一种金属，它的吸收限波长处在Kα和Kβ之间，可吸收掉Kβ射线。我们以镍（Ni）作为滤波单色器，即：采用0.02mm厚度的镍片，可使Kα和Kβ

8、强度比从：7.5：1上升到500：1如上图：Ni的吸收曲线在148.81pm处有一突变，为Ni的吸收限。§2-3.晶体的X