第五章 X射线衍射实验方法

1、如果相机的半径为R，衍射圆锥的锥顶角为4，衍射圆锥与底片的交线之间的距离为2L，则有：2422LRLRLR 即：所以有：2sin2cossin2ndndddd 将布拉格方程写成： 两边微分有： L tanL /dctgddd 所 以 有 ： 因 此 ： 将 L=2R代 入 得 ： -2R tan为了表示分辨本领与波长的关系，上式可以继续化为：22sin2221 sin122224()ndRRndnRdn 最终得到：由以上的公式可以看出，相机的分辨本领与以下几个因素有关：n相机半径R越大分辨本领越高，但相机半径增大，会延长曝光时间，并增加由于空气散射而引起的衍射背景；n角越大分辨本领越高；所以衍

2、射花样中高角度线条的K1、K2双线可明显分开；nX射线的波长越长，分辨本领越高；所以为了提高相机的分辨本领，应尽量采用波长较长的X射线；n面间距越大，分辨本领越低。222ahkld222222sin4hklan德拜-谢乐法是多晶X射线衍射照相法中最重要的方法之一，但由于衍射仪法的发展，这种方法已经基本上不再使用；n相机的分辨本领与下列因素有关：相机的半径越大，分辨本领越高；角越大，分辨本领越高；X射线波长越长，分辨本领越高；晶面间距越大，分辨本领越低。内容5-1 德拜-谢乐法5-2 衍射仪法5-3 总结n测角仪圆中心是样品台测角仪圆中心是样品台H，样品台可以绕中心样品台可以绕中心O轴转动，轴转

3、动，平板状粉末多晶样品平板状粉末多晶样品D安放在安放在样品台样品台H上，样品台可围绕垂上，样品台可围绕垂直于图面的轴直于图面的轴O旋转；旋转；n测角仪圆周上安装有测角仪圆周上安装有X射线射线辐射探测器，探测器亦可以绕辐射探测器，探测器亦可以绕O轴线转动；轴线转动；n工作时，一般情况下试样台工作时，一般情况下试样台与探测器保持固定的转动关系与探测器保持固定的转动关系（即（即-2联动），在特殊情况联动），在特殊情况下也可分别转动；下也可分别转动；n有的仪器中样品台不动，而有的仪器中样品台不动，而X射线发生器与探测器联动。射线发生器与探测器联动。n设计设计2:1的角速度比，目的是确保探测的衍射线与入

4、射线始的角速度比，目的是确保探测的衍射线与入射线始终保持终保持2的关系，即入射线与衍射线以试样表面法线为对称的关系，即入射线与衍射线以试样表面法线为对称轴，在两侧对称分布；轴，在两侧对称分布；n辐射探测器接收到的衍射是那些与试样表面平行的晶面产辐射探测器接收到的衍射是那些与试样表面平行的晶面产生的衍射；生的衍射；n同样的晶面若不平行于试样表面，即使产生衍射，其衍射同样的晶面若不平行于试样表面，即使产生衍射，其衍射线进不了探测器，不能被接受；线进不了探测器，不能被接受；nX射线源由射线源由X射线发生器产生，其线状焦点位于测角仪周围射线发生器产生，其线状焦点位于测角仪周围位置上固定不动。在线状焦点

5、位置上固定不动。在线状焦点S到试样到试样O和试样产生的衍射线和试样产生的衍射线到探测器的光路上还安装有多个光阑以限制到探测器的光路上还安装有多个光阑以限制X射线的发散；射线的发散；n当探测器由低当探测器由低角到高角到高角转动的过程中将逐一探测和记录角转动的过程中将逐一探测和记录各条衍射线的位置（各条衍射线的位置（2角度）和强度。探测器的扫描范围可角度）和强度。探测器的扫描范围可以从以从-20到到+165，这样角度可保证接收到所有衍射线。（不，这样角度可保证接收到所有衍射线。（不同的仪器其可扫描的角度是不同的，而且需要特别注意的是，同的仪器其可扫描的角度是不同的，而且需要特别注意的是，在在附近是

6、不能扫描的。）附近是不能扫描的。）衍射仪中的光路nX射线经线状焦点射线经线状焦点S发出，发出，为了限制为了限制X射线的发散，在射线的发散，在照射路径中加入照射路径中加入S1梭拉光栏梭拉光栏限制限制X射线在高度方向的发射线在高度方向的发散，加入散，加入DS发散狭缝光阑发散狭缝光阑限制限制X射线的照射宽度；射线的照射宽度；n试样产生的衍射线也会发试样产生的衍射线也会发散，同样在试样到探测器的散，同样在试样到探测器的光路中也设置防散射光栏光路中也设置防散射光栏SS、梭拉光阑梭拉光阑S2和接收狭缝光栏和接收狭缝光栏RS，这样限制后仅让聚焦，这样限制后仅让聚焦照向探测器的衍射线进入探照向探测器的衍射线进

7、入探测器，其余杂散射线均被光测器，其余杂散射线均被光栏遮挡。栏遮挡。当一束当一束X射线从射线从S照射到试样上的照射到试样上的A、O、B三点，它们的同一三点，它们的同一HKL的衍射线都聚焦到探测器的衍射线都聚焦到探测器F（解释（解释清楚几何关系！）。圆周角清楚几何关系！）。圆周角SAF=SOF=SBF=-2。设。设测角仪圆的半径为测角仪圆的半径为R，聚焦圆半径，聚焦圆半径为为r，根据图，根据图3-10的衍射几何关系，的衍射几何关系，可以求得聚焦圆半径可以求得聚焦圆半径r与测角仪圆与测角仪圆的半径的半径R的关系：的关系：2cos2222sinSOROOrRr所以有：n测角仪圆的半径测角仪圆的半径R

8、是固定不变的，聚焦圆半径是固定不变的，聚焦圆半径r则是随则是随的的改变而变化的。当改变而变化的。当 0，r ； 90，r rmin = R/2。这说明衍射仪在工作过程中，聚焦圆半径这说明衍射仪在工作过程中，聚焦圆半径r是随是随的增加而逐的增加而逐渐减小到渐减小到R/2，是时刻在变化的；，是时刻在变化的；n因为因为S、F是固定在测角仪圆同一圆周上的，若要是固定在测角仪圆同一圆周上的，若要S、F同时同时又满足落在聚焦圆的圆周上，那么只有试样的曲率半径随又满足落在聚焦圆的圆周上，那么只有试样的曲率半径随角的变化而变化。这在实验中是难以做到的；角的变化而变化。这在实验中是难以做到的；n通常试样是平板状

9、，当聚焦圆半径通常试样是平板状，当聚焦圆半径r试样的被照射面积试样的被照射面积时，可以近似满足聚焦条件。时，可以近似满足聚焦条件。晶体单色器晶体单色器图中S为光源，ABC是入射线所能照射的范围，其上任一一点处的的晶面法线均通过N点（此点为各反射面的曲率中心）。从S点出发的X射线，将与各点处晶面法线成同一角度，各点的衍射线亦必以同样的角度会聚于焦点F。晶体单色器既能削除K辐射，又能消除由连续X射线和荧光X射线产生的背底。辐射探测器X射线衍射仪可用的辐射探测器有正比射线衍射仪可用的辐射探测器有正比计数器、盖革计数器、闪烁计数器、计数器、盖革计数器、闪烁计数器、Si（Li）半导体探测器、位敏探测器等

10、，其）半导体探测器、位敏探测器等，其中常用的是正比计数器和闪烁计数器。中常用的是正比计数器和闪烁计数器。正比计数器是由金属圆筒（阴极）正比计数器是由金属圆筒（阴极）与位于圆筒轴线的金属丝（阳极）与位于圆筒轴线的金属丝（阳极）组成。金属圆筒外用玻璃壳封装，组成。金属圆筒外用玻璃壳封装，内抽真空后再充稀薄的惰性气体，内抽真空后再充稀薄的惰性气体，一端由对一端由对X射线高度透明的材料如射线高度透明的材料如铍或云母等做窗口接收铍或云母等做窗口接收X射线。当射线。当阴阳极间加上稳定的阴阳极间加上稳定的600-900V直流直流高压，没有高压，没有X射线进入窗口时，输射线进入窗口时，输出端没有电流；若有出端

11、没有电流；若有X射线从窗口射线从窗口进入，进入，X射线使惰性气体电离。气射线使惰性气体电离。气体离子向金属圆筒运动，电子则向体离子向金属圆筒运动，电子则向阳极丝运动。由于阴阳极间的电压阳极丝运动。由于阴阳极间的电压在在600-900V之间，圆筒中将产生多之间，圆筒中将产生多次电离的次电离的“雪崩雪崩”现象，大量的电现象，大量的电子涌向阳极，这时输出端就有电流子涌向阳极，这时输出端就有电流输出，计数器可以检测到电流脉冲。输出，计数器可以检测到电流脉冲。X射线强度越高，输出电流越大，脉射线强度越高，输出电流越大，脉冲峰值与冲峰值与X射线光子能量成正比，所射线光子能量成正比，所以正比计数器可以可靠地测定以正比