X射线衍射强度.ppt

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第三章 X射线衍射强度 本 章 内 容 一、分析的思路 二 、电子对X射线的衍射 三、一个原子对X射线的散射 四、一个晶胞对X射线的散射 五、影响多晶体衍射强度的其它因素 1、多重性因子P 2、罗仑兹因子(角因子) 3、吸收因子 4、温度因子 六、多晶体衍射的强度 一、分析的思路 X 射线照射到晶体上产生的衍射花样除与X 射线有关外,主要受晶体结构的影响。晶体结构与衍射花样之间有一定的内在联系。通过衍射花样的分析就能测定晶体结构和研究与结构相关的一系列问题。 衍射方向-晶胞形状,尺寸 布拉格方程没有解决衍射线的强度问题 布拉格方程的成立主要取决于晶体的面网间距,或者说取决于晶胞的大小,因此,一个晶体的晶胞参数一确定,各个面网的面网间距也就确定了,其X射线的衍射方向就可以通过布拉格方程确定了。 一个根据布拉格方程可以产生衍射线的方向上,衍射线的强度可能很大,也可能很小,甚至于强度为零。 理论上如何计算或者解释强度问题? 衍射线的强度在实验中通过: 底片上衍射线(点)的黑度 衍射图中衍射峰的面积或高度来度量(见德拜图和衍射图)。 衍射强度-原子种类,原子位置 二、电子对X射线的衍射 晶体的X射线衍射作用是由电子的相干散射引起的. 当一束X射线碰到一个电子时,该电子在X射线电场的作用下产生强迫振动,向四周幅射振动频率(波长)与原X射线频率相同的X射线。这就是相干散射。电子就成为一个新的X射线源。 汤姆逊公式 式中 Ie 一个电子散射的X射线的强度 I0 入射X射线的强度 re 是个常数,称经典电子半径,等于2.817938×10-15m R 电场中任一点P到发生散射电子的距离 2θ 散射线方向与入射X射线方向的夹角 e 为电子电荷, m为电子质量,ε0为真空介电常数,c为光速 汤姆逊公式分析 汤姆逊式中的第二项决定了不同方向上散射强度是不同的。所以也将其称为: 三、一个原子对X射线的散射 一个原子是由一个原子核和若干电子组成。当X射线与一个原子相遇时,它既可以使该原子中的所有电子发生受迫振动,也可以使其中的原子核发生受迫振动。 1. 原子核的受迫振动情况 2.一个原子的散射情况(只考虑所有电子) 在讨论X射线衍射方向时,我们假设原子中的所有电子都集中在一点上。这只有在入射X射线物波长比原子径大得多时才是近似正确的。这时所有电子散射波的位相都是相同的,整个原子散射波的强度就是各个电子散射强迭加:  Ia=Z2Ie  或  Aa=ZAe (∵I=A2) 实际上,晶体要产生X射线衍射,X射线的波长应当与晶体中原子间距在同一数量级。 因此,上述假设是不完全正确的,即不能认为原子中的电子是集中在一点上。 所以,各电子的散射波之间存在一定的相位差(除了与入射X射线平行的方向上),这个相位差不可忽略! 一个原子对x射线的散射 在平行入射X射线方向上相位差为0,故原子散射波的振幅为所有电子散射波振幅之和,即        Aa=ZAe 如在YY/方向上,A、B两个电子产生的散射波的程差为 CB-AD ,由于原子中电子间距的尺度比X射线的波长的尺度要小的,所以不可能象在晶体点阵衍射中那样产生整倍数的相位差,所以,最终产生的合成波振幅的总是有所抵消损耗,强度减弱。即      Aa<ZAe 原子散射因子 为了综合评价一个原子对X射线的散射本领,引入一个参量f, 称原子散射因子。 f=一个原子散射的相干散射波振幅 / 一个电子散射的相干散射波振幅 意 义: f是以一个电子散射波的振幅为度量单位的一个原子散射波的振幅。因此也称原子散射波振幅。 它表示一个原子在某一方向上散射波的振幅是一个电子在相同条件下散射波振幅的f倍。 它反映了原子将X射线向某一个方向散射时的散射效率,各原子的原子散射因子可见书后附录4。 f与2θ、λ和原子序数关系: f原子散射因子的大小与2θ、λ和原子序数有关。它们之间的关系一般用f-sinθ/ λ图来表示。 1)当θ=0时 f=Z,即原子在平行入射X射线方向上散射波的振幅是为所有电子散射波振幅之和。随着θ的增大,原子中各电子的位相差增大,f减小,fZ. 2)当θ一定时,λ越大,位相差加大,f也越小。 两个问题: 1. 上述讨论的是假定无阻尼,无缚束的自由电子,显然,缚束越大,相差区别越大,但一般忽略; 2. 当入射波长接近某一吸收极限时,f值明显下降,称为原子的反常散射,修校正。 四、一个晶胞对X射线的散射 1、结构因子的定义 除少数情况外,一个晶胞中常常有有多个不同的原子。它们对X射线产生的散射波频率是相同的,但由于不同原子产生的散射波振幅不同,原

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