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第八章X射线衍射分析 纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封 常用X射线管的功率为500～3000W。目前还有旋转阳极X射线管。 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。 人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 产生机理 能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hν的光子，这种光子流为X射线。 单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，出现连续X射线谱。 短波限 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限， 称为短波限λ0 光子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线。 只与管电压有关，不受其它因素的影响。 X射线的强度 连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。 I与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系： 产生机理 特征X射线谱的产生机理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。 原子系统内的电子按能量最低原理分布于各个能级。 特征（标识）X射线产生： 前提：原子内层电子的空位 根本原因：原子内层电子的跃迁 （1）不同Z，有不同特征X射线，Kα、Kβ也不同。 （2）若U低于激发电压Uk，则无Kα、Kβ产生。 小结  X射线与物质的作用分为散射、吸收、透射。 X射线被物质散射时可以产生两种散射现象： 相干散射 非相干散射 当物质中的电子与原子之间的束缚力较小（如原子的外层电子）时，电子可能被X光子撞离原子并带走光子的一部分能量而成为反冲电子。 光子能量减少并被撞离角度成为散射光子，从而使随后的散射波波长发生改变，成为非相干散射。 小结 除了被散射和透射掉一部分外，X射线能量主要将被物质吸收，这种能量转换包括： 光电效应 俄歇效应 光电效应 ---光电子和荧光X射线 若原子K层电子被击出，L层电子向K层跃迁，其能量差不是以产生K系X射线光量子的形式释放，而是被邻近电子所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子-----俄歇电子(Auger electrons)。这种现象叫做俄歇效应 X-ray吸收小结 小结 整个曲线并非随?的减小而单调下降。当波长?减小到某几个值时， ?m会突然增加，于是出现若干个跳跃台阶。?m突增的原因是在这几个波长时产生了光电效应，使X射线被大量吸收，这个相应的波长称为吸收限? k 。 吸收限是吸收元素的特征量，不随试验条件而变。 在X射线衍射晶体结构分析工作中，不希望入射的X射线激发出样品的大量荧光辐射。 大量的荧光辐射会增加衍射花样的背底，使图象不清晰。 避免出现大量荧光辐射的原则 选择入射X射线的波长，使其不被样品强烈吸收，也就是选择阳极靶材料，让靶材产生的特征X射线波长偏离样品的吸收限。 吸收限的应用 ---X射线滤波片的选择 在一些衍射分析工作中，只希望是kα辐射的衍射线条，但X射线管中发出的X射线，除kα辐射外，还含有Kβ辐射和连续谱，会使衍射花样复杂化。 获得单色光的方法之一是在X射线出射的路径上放置一定厚度的滤波片，可以将Kβ和连续谱衰减到可以忽略的程度。 滤波片的选择规则： 1： Z靶＜40时，Z滤＝Z靶-1； 2： Z靶＞40时，Z滤＝Z靶-2 X射线的衰减小结 总结 本章主要讲述三个问题: 1.X射线的性质,本质和X射线的产生 2.X射线谱---连续谱,特征谱 3.X射线与物质的相互作用 当入射X光子的能量足够大时，还可以将原子内层电子击出使其成为光电子，被打掉了内层电子的受激原子，将发生外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线。 为区别于电子击靶时产生的特征辐射，由X射线发出的特征辐射称为二次特征辐射，也称为荧光辐射。 荧光光谱分析原理是光电效应 (1)光电效应 激发K系光电效应时，入射光子的能量必须等于或大于K层电子与原子核的结合能EK，即 亦称吸收限。 利用吸收限可计算靶材的临界激发电压UK 激发不同元素产生不同谱线的荧光辐射所需要的临界能量条件是不同的，所以它们的吸收限值也是不同的。 原子序数愈大，同名吸收限波长值愈短。 X射线衍射分析中，荧光辐射有害，增加衍射花样的背底； 元素分析中，X射线荧光分析的基础 (2)俄歇（Auger）效应 即：K层的一个空位被临近层的两个空位所代替 俄歇电子能量： 每种原子的俄歇电子均具有一定的能量 测定俄歇电子的能量，即可确定该种原