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《臺(tái)大 化學(xué)分析資料 4Chapter2_report X 光單晶繞射分析及X 光粉末繞射分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第二章X光單晶繞射分析及X光粉末繞射分析(含Rietveldrefinement)張嵩駿，許惠婷，許昭雄，周憲辛臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系摘要自從1912年德國(guó)物理學(xué)家MaxVonLaue以X光照射硫酸銅晶體產(chǎn)生繞射情形，證實(shí)X光是一種波射線，以及晶體內(nèi)部所組成原子具有規(guī)則性排列以來，X光結(jié)晶學(xué)之發(fā)展與研究應(yīng)用可說是一日千里。對(duì)於近年來世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展之材料科學(xué)而言，X光結(jié)晶學(xué)提供了一個(gè)十分基本且非常有效的分析方法。本文將針對(duì)X光單晶繞射分析、X光粉末繞射分析以及其應(yīng)用作一大致之介紹。關(guān)鍵字:X光光繞射、單晶繞射、粉末繞射、光繞射、單晶繞射、粉末繞射、Rietveld1引言另一種產(chǎn)生X
2、光的方法也是以高速電子撞到靶標(biāo)原子，但不同的是，高速電子將能量傳給原子中的電自從R?ntgen於1895年發(fā)現(xiàn)X射線，1912年Laue子，使原子內(nèi)層軌域的電子被激發(fā)，隨之外層電子躍-8由於得知Ewald用10cm間隔的結(jié)晶模型，首先提出遷到空出的內(nèi)層軌域位置，因不同軌域的能階差放出以結(jié)晶為X光的光柵，也發(fā)表了硫酸銅結(jié)晶的X光繞X光，此X光和原子種類有關(guān)，稱為特性輻射射圖，之後三年Bragg父子相繼導(dǎo)出結(jié)晶面間距離公(CharacteristicSpectrum)。式與繞射強(qiáng)度間的關(guān)係，而定下了有名的Bragg公式。例如以高速電子撞擊銅靶，從2p軌域躍遷到1sX光穿透力大，
3、解析度高，利用X光可以做許多軌域?yàn)閗αX光，其波長(zhǎng)為1.5418?，從3p軌域躍遷的分析，例如分子中原子的距離、鍵結(jié)型態(tài)，或是人至1s為kβX光，其波長(zhǎng)為1.3922?…等等，再使體各部位的透視均可以用X光來作分析，這是因?yàn)榻Y(jié)用持定的濾光鏡(Filter)得到特定的波長(zhǎng)，如使用nickel晶面間的距離與X光的波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)相當(dāng)，故可以利filter可以得到以銅靶為target的kαX光。X光粉末用X光來分析結(jié)晶材料、粉末等樣品。繞射儀就是使用特性輻射光。材料在X光繞射之下，不同結(jié)晶化合物會(huì)產(chǎn)生相W.L.Bragg認(rèn)為可以將繞射現(xiàn)象視為入射光被異的2θhkl、Ihkl，稱為繞射
4、圖譜，(DiffractionPattern)，晶面反射，如同鏡面反射一樣，入射角等於反射角，利用X光繞射圖譜可以用來作為晶格常數(shù)的校正和晶當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，呈現(xiàn)加強(qiáng)效應(yīng)，產(chǎn)生建相的鑑定。設(shè)性干涉，光程差不是波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，視為削減效X光繞射儀的主要組成：X光管、繞射測(cè)角儀、應(yīng)，故繞射峰只在特定的θ發(fā)生。輻射偵測(cè)器等。Bragg’slaw：2dhklsinθ=nλ<1>2基本原理dhkl：平行面中兩鄰近面間的距離就我們所知，帶電粒子在加速或減速的時(shí)候，會(huì)θ：入射光和平面法線向量的夾角釋放出電磁波，所產(chǎn)生的電磁波具高能量，而波長(zhǎng)在λ：入射光的波長(zhǎng)-12-810到10m
5、的範(fàn)圍內(nèi)為X光，故經(jīng)常以高壓加速的電子束撞擊陽極靶標(biāo)，高速電子受靶標(biāo)原子的阻檔而為滿足Bragg晶格繞射公式，必須在二個(gè)條件之急遽停止，以此方法產(chǎn)生的X光與靶標(biāo)原子之特性無下：(1)入射光、繞射光與晶體平行面之法線向量在同關(guān)，是以連續(xù)性不同波長(zhǎng)同時(shí)出現(xiàn)，如此產(chǎn)生的光譜一平面；(2)入射角等於反射角。為連續(xù)光譜，也稱白光光譜(WhiteRadiation)。關(guān)於第一點(diǎn)由於各粉末顆粒是亂向的，也就是任何一組平行面都會(huì)有符合位向，若將欲測(cè)面的法線調(diào)資料到入射光及繞射光(偵測(cè)器)的平面上，將偵測(cè)器以晶若是單晶繞射的話，要將待測(cè)面的法線向量調(diào)到入射光和反射光的平面上，但是在入射光固定
6、的情況下，有二種選擇：(1)在入射光方向和晶體樣品位置為固定的情況下，使偵測(cè)器在三度空間的圓球上做轉(zhuǎn)動(dòng)或是移動(dòng)；(2)是使入射光和偵測(cè)器構(gòu)成一個(gè)固定的平面，而使晶體做任何立體角(Solidangle)的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)。而後者的機(jī)械設(shè)計(jì)較為容易，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)小晶體會(huì)比轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)偵測(cè)器系統(tǒng)來得方便且穩(wěn)定許多，故大部分實(shí)驗(yàn)室的單晶繞射儀的設(shè)備均是採(cǎi)用後者的設(shè)計(jì)，如利用三個(gè)互相垂直並交錯(cuò)在同一點(diǎn)(晶體位置)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，每個(gè)軸有轉(zhuǎn)三百六十度的自由度，這部分稱為測(cè)向儀，以ω、χ、ψ環(huán)來表示。除此之外當(dāng)然尚需偵測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)2θ環(huán)，其數(shù)據(jù)除了粉末繞射中2θhkl、Ihkl，還多了nhkl代表繞射峰hkl面
7、之法線向量，通常用ωhkl、χhkl、ψhkl三個(gè)角度來-1表示，經(jīng)過運(yùn)算，得到樣品的結(jié)構(gòu)圖，解析度0.4-0.5?左右，可以分辨清楚原子的結(jié)構(gòu)圖。現(xiàn)在讓我們介紹單晶的定義，單晶是所有晶體內(nèi)的所有分子都遵循整齊規(guī)律的排列，故其呈現(xiàn)的最小圖1Bragg條件下的繞射關(guān)係[1]重覆單位稱為unitcell，而表示unitcell的六個(gè)cell體樣品為中心，從入射線方向?yàn)槠瘘c(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)parameter是三個(gè)不同面的向量其長(zhǎng)度為a、b、c和夾偵測(cè)器轉(zhuǎn)到和入射光夾2θ角時(shí)，應(yīng)有個(gè)強(qiáng)繞射點(diǎn)而角α、β、γ，由其基本對(duì)稱性的不
