第二章_X射线衍射分析2.1综述.ppt

X射线衍射分析（基础与应用）X-ray Diffraction(XRD) Analysis(Foundations and Applications);第一节 X射线的发生与性质;W.C.Rontgen;X射线最早的应用;伦 琴;李鸿章在X光被发现后仅7个月就体验了此种新技术，成为拍X光片检查枪伤的第一个中国人。;1.1 引 言;1912年，英国物理学家布拉格父子利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体结构，并推导出布拉格方程，开始了X射线晶体结构分析的历史； 1916年，德拜（Debye）、谢乐（Scherrer）提出“粉末法”； 1928年，盖革（Geiger）首先用记录器来记录X射线，导致X射线衍射仪的产生； 目前X射线广泛地应用于医学、工程、材料、宇航事业上。例如：可进行人体探伤，晶体结构分析、无损探伤等。;布拉格及其所用的试验装置;历史上影响最大的10个实验 ;1.2 X射线的本质 ;X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此其同样具有波粒二象性。;波动性; X射线是一种本质与可见光相同的电磁波，所以具有类似于可见光、电子、质子、中子等的性质—波粒二象性。从波动性的角度看，X射线是一个随时间变化的正弦式振荡电场。X射线在空气中传播速度为光速 C=υλ ;硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。 软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃（?）表示； 通用的国际计量单位中用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为： 1nm=10 ?;粒子性;相关习题： ;习题解答;X光与可见光的区别;1.3 X射线的产生及X射线管;(1)产生原理 (2)产生条件 (3) X射线管 (4)过程演示 ;产生原理;产生X射线条件;X射线管;封闭式X射线管;旋转阳极 ;焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点焦点宽1mm，长10mm的长方形;思考： 1、为何X光管应抽真空？;同步辐射X射线源;加速器中可以引出X射线;;1-4 X射线谱 ;(1) 连续X射线;产生机理 ;短波限 ;X射线的强度 ;随着原子序数Z的增加，X射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达100kv的情况下，X射线管的效率也仅有1﹪左右，99％的能量都转变为热能。 ;1、当增加X射线管压时，各波长射线的相对强度一致增高，最大强度波长λm和短波限λ0变小。;2、当管压保持不变，增加管流时，各种波长的X射线相对强度一致增高， 但λ0数值大小不变。 3、当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随元素的原子序数的增加而增加。 总结：连续射线的总强度与管电压、管电流及阳极材料（一般为钨靶）的原子序数有关;(2)特征（标识）X射线 ;标识X射线的特征 ;;产生机理 ;在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统处于不稳定激发态。此时较外层较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识X射线谱：h?n2?n1=En2－En1，射线波长 λ＝h/ΔE必然是个仅仅取决于原子外层电子结构特点的常数，或者说是个仅仅取决于原子序数的常数。;;K态; 这种由L→K的跃迁产生的X射线我们称为Kα辐射，同理还有Kβ辐射，Kγ辐射。 离开原子核越远的轨道产生跃迁的几率越小，所以由K系到L系到M系辐射的强度也将越来越小。 可见： 特征（标识）X射线产生的根本原因是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V低于激发电压Vk，则无Kα、Kβ产生。 ;同系（例如K?1、L?1等）特征X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。且存在如下关系： 莫塞莱定律：同系特征X射线谱的波长λ或频率?与原子序数Z关系为： ;特征X射线谱的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的固有特性。根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征X射线谱线波长，与已知的元素波长相比较，可以确定它是何元素。它是X射线光谱分析的基本依据 ;莫塞莱定律;特征X射线波长与靶材料原子序数有关;标识X射线的强度特征 ; Kα射线的强度大约是Kβ射线强度的5倍，因此，在实验中均采用Kα射线。实验中发现Cu靶的K