第3章-x射线衍射分析.ppt

1、1、第三章x射线衍射分析，理工学院郭敏杰，第二，第三章x射线衍射分析，3.1 X射线前言3.2 X射线物理学基础3.3 X射线衍射3.4 X射线粉末衍射方法3.5 X射线衍射和应用，3，前言简要评述今后的任务只是对细节进行了补充和修改，做得不怎么好。 然而，x射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。 伦琴发现了x射线，引起了一系列重大发现，引起了人们更加深入、更加广阔的天地，揭开了现代物理学革命的序幕。 4，1伦琴发现x射线，伦琴Wilhelm Konrad r ntgen 5，1845-1923德国韦尔茨堡大学实验物理学家x射线的发现者1901年获得诺贝尔物理学奖，5，1845年3月27日出生于德国

2、莱内普。 1868年，伦琴从瑞士苏黎世联邦工科大学毕业，成为机械工程师。 1869年获得哲学博士学位。 从1889年到1893年担任耶拿大学和伍德勒斯大学的教授。 1894年至1900年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。 他是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。 1923年2月10日因癌症在慕尼黑去世，享年78岁。 伦琴、伦琴对科学的最大贡献是1895年从实验中发现x射线，之后深入研究其性质，为许多科学领域提供了有效的研究手段。 他还有一个重要的发现。 所谓的x射线电流。 同时，也在研究弹性、液体的毛细作用、气体比热、结晶中的热传导、压电效应及偏振光的磁旋转等。 伦琴对科学有崇高的献身精神。

3、 他无条件地把x射线的发现献给了全人类，自己没有申请专利。 6，2.x射线的发现过程，1895年，伦琴已经是50岁的人，当时他任维尔茨堡大学校长和该校物理研究所所长。 1895年11月8日，正好伦琴在实验室继续进行阴极射线实验，偶然的事件引起了他的注意。 当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包着。 他突然发现1米以下的小桌子上闪烁着铂氰化钡制成的屏幕。 他很奇怪，离开荧光屏继续做实验。 即使观看荧光屏的闪光灯，也会随着放电过程的节拍断断续续地出现。 他拿起书、板、铝片等各种东西放在放电管和荧光屏之间，发现各种东西的效果不同。 有的无法阻止，有的无法阻止。 7、连琴认识到这可能是某种特殊的放射线，它

4、具有特别强的渗透力，从来没有观察过。 我马上集中精力进行了彻底的研究。 他把自己关在实验室里好几天，连助手和家人都不通知。 他把密封在木箱里的砝码放在这个放射线照射下拍照，得到模糊砝码照片的他拿着圆规拍照，得到金属框的深痕迹的他把金属片拿来拍照，拍摄金属片内部不均匀的情况。 他深入研究这种新现象，甚至废寝忘食。 平时帮助他工作的伦琴夫人觉得他举止异常，觉得他隐瞒了什么，甚至产生了怀疑。 六个星期过去了，伦琴确认这是新的放射线。 可以告诉自己的亲人，1895年12月22日，他邀请太太去实验室，用太太的手拍了第一张人工x射线照片(图)。 9，9，1895年底，他以通信方式公开了这一发现。 以新的放

5、射线(初步通信)为题。 伦琴最初没有揭示x射线的本质。 由于当时还没有发现电子，阴极射线管的本质还不清楚。 于是伦琴把这新发现的放射线命名为x射线。伦琴以前就有人在研究阴极射线管的过程中发现了x射线，但没有得到正确的认识。 并且，伦琴磨练了很久，掌握了完美的实验艺术，摆脱了任何偏见，在研究中一贯严格自觉，才有了抓住机会别人做不到的新发现。 正如法国微生物学家巴斯德的名言一样，“机会喜欢有准备的头脑。 ”“射线的发现看似偶然，但正如杨振宁老师在评价这个故事时所说，“科学家的灵感对于科学家的发现非常重要，这个灵感来源于他丰富的实践和经验。 10，3 .劳尔发展了x射线衍射理论，在1912年取得了惊

6、人的进展，德国物理学家劳尔教授受到共振体间距的大小和散射关系的启发，矿物学家把矿物视为共振体规律排列的假想，把当时发现的x射线照射到晶体上就有衍射的可能性于是，他用x光束射向硫酸铜结晶，试图用显影板收集散射的放射线。 第一次实验没有成功，但第二次实验得到理想的结果，得到透射衍射图案的照片(下图)，如果使试样旋转，照片上的图案点(称为劳埃点)也随之变化，证明了这些图案点是由杨氏射击引起的。 其次，使用SnS、PbS、NaCl等对称性高的结晶进行实验时，也得到了对称性好的衍射图形。 很快就发现任何晶体都有这种现象，点图案与晶体的原子晶格结构有着密切的关系。劳尔实验、11、12、x射线、劳尔实验、劳

7、尔实验是为了实现x射线衍射而修订的。 晶体相当于三维晶格，衍射图形(劳尔斯光斑)证实了x射线的波动性。 劳尔，13，劳尔实验的成功可以看作是凝聚态物理学发展史上的一个里程碑，劳尔奠定了作为放射线衍射学先驱的历史地位。 14，4 .布拉格定律，1913年，W.L.Bragg父子对这些劳埃斑点进行了深入的研究，证明劳埃衍射图案中的各斑点被认为是晶体中原子密集的几个晶面反射的，从而证明萩名的布拉格公式： n=2d 15、dsin、1、2、晶面、a、c、b、衍射中心、扫描角、d :晶面间隔(晶格常数)、点间散射光的干涉、作为每个原子的同一层的晶面上的各原子散射光干涉，相邻的两个光的光路差为零。 布拉格

8、式、16、不同晶面间散射光的干涉、散射光干涉加强条件：布拉格式、布拉格式、17、布拉格定律的探讨-选择反射、晶体中的放射线衍射实质上是晶体中的各原子干涉散射波彼此干涉的结果。 但是，衍射线的方向恰好相当于原子向入射线反射，因此可以用布拉格定律代表反射规则来记述衍射线的方向。 在以后的讨论中，用“反射”这个用语记述衍射问题，或者将“反射”和“衍射”作为同义词混合使用。 但是，来自x射线的原子面的反射和可见光的镜面反射不同，前者有选择地反射，应该强调其选择条件是布拉格定律，而当可见光的束以任意角度投影到镜面上时，反射、即反射不受条件限制。 因此，将x射线的晶面反射称为选择反射，反射具有选择性是晶体

9、内的几条原子面反射线干涉的结果。 18、布拉格方程的应用，布拉格方程是x射线衍射分布中最重要的基础公式，其形式简单，可以说明衍射的基本关系，应用非常广泛。 从实验的观点来看，对晶体照射已知波长的x射线，通过衍射角的测定求出晶体中的各晶面的面间隔d是结构分析- X射线衍射学，另一方面，用已知的面间隔的晶体反射从试样放出的x射线，由衍射角的测定求出x射线的波长是x射线光谱学。该方法除了可进行光谱结构研究外，还可由x射线的波长确定样品的构成元素。 电子探针是根据这个原理修订的。 n=2d sin，19，5 .莫来定律是1914年x射线物理学进展的重要一年，莫来(Henry Gwyn-Jeffreys

10、 Moseley )对x射线撞击不同目标金属后产生的特征光谱线进行了系统研究， 所证明的任何元素的x射线光谱频率的平方根是原子序号的函数：(1/)1/2=Q(Z-) X射线荧光分析的基础根据莫来定律，将从实验结果得到的未知元素的特征x射线光谱的波长与已知元素的波长进行比较，确定它是什么样的元素这是x射线光谱分析的基本依据，20，61943年：科学家得到DNA的x射线衍射图，21，英国科学家威廉阿斯伯里先从细胞中提取DNA，然后将针刺入粘性DNA溶液中，针在提取时将由DNA分子组成的多个分子束各分子线对几乎平行的DNA的多条分子线进行x射线照射，星星在1943年首次得到了DNA的x射线衍射图。

11、衍射图形表明DNA具有规律的周期性结构。 阿斯佩里提议，核苷酸的碱基对“像便士(英国的硬币)一样”一个一个重叠。 DNA的x射线衍射图为最终弄清其结构奠定了基础。22、x射线的发现和广泛应用是20世纪科学发展中最伟大的成就之一，围绕x射线的发现、发展和应用从事科研工作的科学家获得诺贝尔奖的近30人。 1901年伦琴(英)诺贝尔物理奖1914年拉威(德)诺贝尔物理奖1915年布拉格父子(英)诺贝尔物理奖1936年迪拜(英/荷)诺贝尔化学奖1962年奥森等3人获得诺贝尔生物奖1964年霍奇金(英/埃)，第23章3.1 X射线简介3.2 X射线物理学基础3.3 X射线衍射3.4 X射线衍射方法3.5

12、 X射线粉末衍射和应用，24，3.2 x射线物理学基础，什么是1x射线？ 2 X射线的发生性质3 X射线的发射和发射光谱4俄歇电子与同时发射5 X射线和物质的相互作用6.X射线的散射7.X射线的衍射，25、1.x射线，x射线的本质x射线与可见光相同，都显示出波粒二象性，因此两者的本质相同，有干涉、衍射、吸收和光电效应等x射线是由高能粒子与原子碰撞产生的电磁辐射，电磁辐射的辐射能通过光子传递，光子取得的路径通过波动场导出。 x射线这种波粒二象性可以用不同的实验条件表现。 显示其波动性的是光速直线传播、反射、折射、衍射、偏振光和相干散射显示其微粒子性的是光吸收、非相干散射、气体电离、闪光发生等。

13、26、x射线的本质x射线也是电磁波的一种，波长在108cm左右，x射线的发生： x射线与高速运动的粒子与某些物质碰撞而突然减速，与该物质中的内层电子相互作用而发生。27、x射线的发生、x射线：在10-1102范围内的电磁波、k阴极、a阳极(钼、钨、铜等金属)、A K之间施加数万伏特的高压，加速阴极发射的热电子。28、变压器、玻璃、钨丝、金属灯罩能量： 124 kev，其短波段与放射线长波段重合，其长波段与真空紫外的短波段重合。30、2.X射线的产生和性质，31、加速器可以引出x射线，32、加速器可以引出x射线，33、加速器可以引出x射线，34、加速器可以引出x射线，35结构测量=50250 p

14、 m=248102 999 10-4Pa 30mA 104kV，连续x射线，特征x射线，2.X射线的发生和性质，36，靶材料的特征波长和滤色器的选择，选择比靶常用的3. X射线的放射和放射光谱(x-rayemissionandemissionsppp 放射高速电子受到目标的制动使运动速度变化放射的电磁波。 电子在高压下加速得到的动能是K=eU，u是阳极和阴极之间的电位差。 阻挡辐射的x射线含有各种波长成分，即连续光谱。 短波长(短波界限) 0对应于整个电子动能转换为光子能量，即0是对应于0的制动辐射频率。 右图表示以不同的加速电压来自钨靶的x射线连续光谱(实线)。39，39，k状态(发送k电子

15、)，l状态(发送l电子)，m状态(发送m电子)，n状态(发送n电子)，发送的价格电子，标识辐射与目标金属的原子壳层结构密切相关。 每种元素都有一定波长的放射线光谱，可以作为识别该元素的标识。 图中虚线表示在35 kV的加速电压下来自钼目标的2条标识光谱线k和k重叠在连续光谱上的情况。 标记x射线起因于靶原子的内壳层电子被高速电子激发。41、连续光谱(或固件辐射):高速电子阻碍阳极原子核场中的运动，能量迅速损失，产生宽带连续x射线光谱。 特征x射线：化学元素照射高能量光子或粒子时，例如激发内层电子，产生空穴，外层电子迁移时，放射特征x射线。 (铑、铬)、42、Cu靶的x射线光谱、E=mv2=eV、min=hc/E=hc/eV=pm、白色线、特征x射线、如图所示。 关于k光谱线的频率，英国物理学家莫塞莱(H.G.J.Moseley )总结了经验公式。 式中，r是领导条常数，z是原子序数。 这个定律被称为莫塞莱定律。 摩西律提供了一种精确测量z的方法。44、莫来定律反映了各元素的x射线标记光谱定律的实验定律，光谱频率的平方根与该元素在元素周期表中排列的序号呈线性关系。 摩西勒通过实验证明，元素的主要特性不是由原子量决定，而是由原子序数决定。 确立了原子序数和原子核电荷的关系。 摩西研究了元素的x射线