X射线衍射及其应用.ppt

X射线衍射及其应用主要内容：材料的结构测定以衍射方法为主。衍射方法(X射线衍射、电子衍射、中子衍射、射线衍射等)。X射线衍射(德拜粉末照相分析、高温、常温、低温衍射、背反射和透射劳艾照相，四联衍射、二维探测器等)。一、发展历史1912年,德国物理学家劳厄(MvonLaue)等发现X射线在晶体中的衍射现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性。1912年,小布拉格(WilliamLawrenceBragg)成功地解释了劳厄的实验事实。解释了X射线晶体衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式：2dsinθ＝nλ，表明用X射线可以获取晶体结构的信息。1913年老布拉格(WilliamHenryBragg)设计出第一台X射线分光计，并发现了特征X射线以及成功地测定出了NaCl的晶体结构。1917年,巴克拉(CharlesGloverBarkla)发现元素的次级X射线标识谱。每一种化学元素产生一种次级X射线辐射，它可被看作是该元素的特征标志，巴克拉称其为标识X射线。标识谱线被区分为两个不同的范围：K系列和L系列。1924年,西格班(KarlManneGeorgSiegbahn)发现X射线中的光谱线。X射线标识谱间的辐射起源于原子内部而与外围电子结构所支配的复杂光谱线及化学性质无关。他证明了巴克拉发现的K辐射与L辐射的确存在，另外他还发现了M系。他的工作支持波尔等科学家关于原子内电子按照壳层排列的观点。2002年,贾科尼(RiccardoGiacconi)等发现宇宙X射线源。表彰“在天体物理学领域取得的卓越成就，尤其是他的研究引导发现了宇宙X射线源”。X-射线结晶学方面获得的诺贝尔奖1976：诺贝尔化学奖授予WilliamNunnLipscombJr.硼烷的结构和成键情况.1985：诺贝尔化学奖授予HerbertAaronHauptman和JeromeKarle(IsabellaKarle).应用X-射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法.1988：诺贝尔化学奖授予JohannDeisenhofer,RobertHuber和HartmutMichel.噬菌调理素(一种光化学反应中心)的结构.X射线的产生：仪器设备：（1）阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。（2）阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，还需要循环水冷却。（3）窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻碍。X射线谱：韧致X射线：当X光管中阴极发出的电子经加速后与阳极靶材相撞并急剧减速时，其相互作用的产物之一便是被称作白色辐射或韧致辐射(bremsstrahlung)的连续谱。特征X射线:由若干互相分离且具有特定波长的谱线组成，其强度大大超过连续谱线的强度并可叠加于连续谱线之上，为一线性光谱。这些谱线不随X射线管的工作条件而变，只取决于阳极靶物质的组成元素，是阴极元素的特征谱线。X射线分析常用阳极靶材料K系特征谱线：X-射线的性质：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射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射和非相干散射。非相干散射：X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时，电子可能被X光子撞离原子成为反冲电子。因反冲电子将带走一部分能量，使得光子能量减少，从而使随后的散射波波长发生改变。X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加。这样一来，入射波与散射波将不再具有相干能力，成为非相干散射或康普顿散射。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。它会增加连续背景，给衍射图像带来不利的影响，特别是轻元素。物质对X射线的吸收指的是X射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量，X射线发生了能量损耗，吸收的实质是发生能量转换。物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。这个过程中主要发生X射线的光电效应和俄歇效应。X射线衰减规律：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。在应用X射线研究晶体结构时往往需要单色光，利用这一原理，可以合理地选用滤波材料。可以使Kα和Kβ两条特征谱线中去掉一条，实现单色的特征辐射。阳极靶的选择：1.阳极靶K波长稍大于试样的K吸收限；2.试样对X射线的吸收最小。Z靶≤Z试样＋1X射线衍射原理：在X射线一定的情况下，根据衍射的花样可以分析晶体的性质。但为此必须事先建立X射线衍射的方向和强度与晶