x射线衍射第3章素材.ppt

4. 吸收规律的应用 滤波片的选用：在X射线分析中，在大多数情况下都希望所使用的X射线波长单一，即“单色”X射线。 再看一下铜靶X光射线管发射的X射线（Kα=0.15418, Kβ=0.13922nm, Ni的吸收限恰在这二者之间。 当让X射线通过Ni片时， Kβ基本被吸收，剩下的基本上是Kα。Ni起了滤波的作用 不同阳极靶X射线管的选择： 被吸收的X射线将会激发荧光X射线，吸收限又称为激发限。也就是说当吸收体中的元素对某一X射线吸收最强的时候，也是它产生荧光X射线最强的时候。 这种荧光X 射线会造成较高的背景水平，对分析结果产生干扰，应尽量避免。 因此必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的X射线管。 1. 相干散射――X射线衍射的理论基础。 2. 不相干散射(Compton－Wu效应) 6.2 散射 X射线通过物质时，部分X射线将改变它们前进的方向，即发生散射现象。 X射线的散射包括两种：相干散射和非相干散射 当X射线与物质原子中束缚较紧的电子作用时，由于这些电子受原子的强力束缚，X射线光子无法使它们脱离所在的能级。 按经典的电磁理论，这些电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。 每个受迫振动的电子便成为一个新的电磁波源，向四周辐射电磁波。 这些散射波与入射X射线的振动方向、频率（波长）相同，可以产生干涉作用，故称为相干散射，也称经典散射 相干散射实际上并不损失X射线的能量，只是改变它的传播方向。 相干散射 当一定频率的外来电磁波投射到电子上时，电磁波的振荡电场作用到电子上，迫使电子以相同的频率用振动。振动着的电子向外辐射出电磁波，把原来入射波的部分能量辐射出去。这种现象称为电磁波的散射 根据经典电动力学，当一束电场强度为E0的简谐波形的电磁波（偏振X射线束），照射在质量为m，电荷为e的自由点子上，电子被迫产生振动： 振动着的电子将向四周辐射与X射线电磁波频率相同的电磁波，在与电子距离R的某处，电子散射波的电场矢量为 电子的振幅 单位矢量， 为入射光方向和散射光方向的夹角，称为散射角 一个电子对电磁波的散射强度为：散射X射线的强度和入射X射线的频率无关 入射X射线为非偏振光---非偏振X射线的汤姆逊散射公式 汤姆逊(Thomson)散射公式 入射X射线的强度 I0 一个电子对X射线散射强度 Ie 电子的经典半径 偏振因子：表明一束非偏振X射线经电子散射后，散射线被部分地偏振化了，偏振化的程度取决与散射角的大小 当X射线与束缚较小的外层电子或自由电子作用时，X射线光子将一部分能量传给电子，使之脱离原有的原子而成为反冲电子 同时光子本身也改变了传播方向，发生散射，且能量减小 由于散射X射线与入射X射线的波长不同，不能产生干涉效应，故称为非相干散射。 非相干散射是康普顿（A.H. Compton）和我国物理学家吴有训等人发现的，亦称康普顿效应。 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。 它会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。 2. 非相干散射 ? 实验事实 X射线7.1nm 探测器 C1C2 A1 A2 W B S 石墨晶体 准直系统 散射角 I ? ?=0o ? I ?=45o I ? ?=90o I ? ?=135o ?0 正常散射 波长变长的散射 称为康普顿散射 * 波长的增加量 Δλ与散射角 θ有关。 实验结果： * 当散射角 θ 确定时，波长的增加量 Δλ与散射物质的 性质无关。 * 康普顿散射的强度与散射物质有关。 原子量小的散射物质，康普顿散射较强， 即正常峰较低。反之相反。 经典电磁理论只能说明有正常散射存在， 即散射光的频率与入射光频率相等。 而无法解释有 Δλ的存在及其所存在 的康普顿效应的实验规律。 经典理论 按经典理论,电磁辐射通过物质被散射的辐射应与入射辐射具有相同的波长. 这是由于入射辐射使物质中原子的电子受到一个周期性的力而以入射波的频率振荡,进而由于振荡发射同频率的电磁波. 但康普顿散射实验中,被散射的X射线中,除了与入射波相同波长的成分外, 还有波长增长的部分, 而增长的数量随散射角的不同而不同. 这是经典电磁理论解释不了的.康普顿用量子说给出圆满解释,因而被称为康普顿效应. 非相干散射 量子理论 康普顿假定,X射线由光子组成,光子的波长和动量满足： 非相干散射 若光子和散射物外层的电子碰撞，光子的一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，因此波长变长，频率变低 若光子和被原子核束缚很紧的内层电子碰撞，相当于和整个原子相撞，由于光子质量远小于原子质量，碰撞过程中光子传递给原子的能量很少，碰撞前后光子的能量几乎不变，所以在散射光中仍然保留有波长λ0的成分 量子理论