最新X射線衍射分析教學講義PPT課件.ppt

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1、X射線衍射分析為了獲得X射線，需具備如下條件：產(chǎn)生并發(fā)射自由電子（如加熱鎢燈絲發(fā)射熱電子）；使電子朝一定方向加速運動，獲得盡可能高的速度；在高速電子流的運動路線上設(shè)置一障礙物（陽極靶），使高速運動的電子突然受阻而停止下來。圖X射線發(fā)生裝置示意圖1—高壓變壓器2—燈絲變壓器3—X射線管4—陽極5—陰極7—X射線X射線管——獲得X射線最常用的辦法燈絲——真空——高壓——靶式中h——普朗克常數(shù)；c——光速。描寫波動性的物理量頻率ν、波長λ和描寫粒子性的物理量光子能量E、動量P之間，遵循愛因斯坦關(guān)系式：X射線能量X射線在傳播過程中載有一定的能量，能量的多少表示其強弱的程度。通常以單位時間

2、內(nèi)，通過垂直其傳播方向的單位截面的能量來表示其強度。以波動形式描述，強度與波的振幅平方成正比。按粒子形式表達，則它的強度為光子流密度和每個光子的能量的乘積。X射線波長X射線存在于一個波長范圍內(nèi)，不同波長的X射線有不同的用途。一般稱波長短的為硬X射線，反之，稱軟X射線。波長愈短穿透能力愈強，用于金屬探傷的X射線波長約為0.1～0.05?或更短，適用于晶體結(jié)構(gòu)分析的X射線，波長約為2.5～0.5?。二、X射線譜圖2不同管壓下Mo的X射線譜X射線管發(fā)出二種譜線：連續(xù)譜特征譜連續(xù)譜圖中強度隨波長連續(xù)變化的部分，它和白光相似，是多種波長的混合體，故也稱白色X射線。特征譜疊加在連續(xù)譜上面的是

3、強度很高的具有一定波長的X射線，它和單色光相似，故也稱單色X射線。1.連續(xù)譜規(guī)律：各種管壓下，都有一強度最大值，有一短波限（λ0）隨管壓的升高,各波長的X射線的強度一致升高，最大強度對應(yīng)的波長變短，短波限變短，波譜變寬。產(chǎn)生機理由擊靶電子的突然減速時產(chǎn)生的。高速運動的電子受阻減速，其損失的動能便以X射線的形式放射出來。由于大量電子射到陽極上的時間和條件不盡相同，有的電子還可能與陽極作多次碰撞而逐步轉(zhuǎn)移其能量，因此所產(chǎn)生的電磁波具有各種不同的波長，形成了連續(xù)X射線譜。短波限極限情況，電子將全部動能轉(zhuǎn)化為一個光子，此光子能量最大，波長最短，相當于短波限的X射線。此光子的能量E為：如電

4、壓U用kV為單位，波長λ用?表示，將光速c、普朗克常數(shù)h、電子電荷e值代入上式，則可得：短波限只與管壓有關(guān)。短波限對應(yīng)的光子能量最大，但光子數(shù)目不多，故強度極大值不在短波限處，而在位于1.5λ0附近。當加大管壓時，擊靶電子的動能、電子與靶材原子的碰撞次數(shù)和輻射出來的X射線光子的能量都會增加，這就解釋了圖所顯示的連續(xù)譜變化規(guī)律。連續(xù)譜的總強度就是圖曲線下所包圍的面積，即：總強度與管壓U、管流i及陽極靶材料的原子序數(shù)Z有下列關(guān)系：式中k——常數(shù)，約為1.1～1.4×10-9。X射線管的效率當用鎢陽極（Z=74），管壓為100kV時，η≈1%?？梢娦适呛艿偷摹ｋ娮幽芰康慕^大部分生成熱

5、能而損失掉，因此必須設(shè)法強烈地冷卻陰極。為了提高X射線管發(fā)射X射線的效率，要選用重金屬靶并施以高電壓。X射線管發(fā)射連續(xù)X射線的效率η：式中Z——原子序數(shù)。（二）特征譜當管壓增高到某一臨界值Uk時，則在連續(xù)譜上疊加特征X射線譜。剛好激發(fā)特征譜的臨界管壓稱為激發(fā)電壓。特征譜的波長不受管壓和管流的影響，只決定于陽極靶材的原子序數(shù)。對一定材料的陽極靶，產(chǎn)生的特征譜的波長是固定的，此波長可以做為陽極靶材的標志或特征，故稱為特征譜或標識譜。圖3特征X射線產(chǎn)生原理圖當K層中有一空位出現(xiàn)時（K激發(fā)態(tài)），L、M、N…層中的電子就會躍入此空位，同時將多余的能量以X射線光子的形式釋放出來（見圖3），這

6、一過程稱之為躍遷。輻射出的X光子能量由電子躍遷所跨越的兩個能級的能量差來決定。為了方便起見，我們定義由不同外層上的電子躍遷至同一內(nèi)層而輻射出的特征譜線屬于同一線系，并按電子躍遷所跨躍的電子能級數(shù)目多少的順序，將這一線系的譜線分別標以α、β、γ等符號。如圖3所示，電子由L→K，M→K躍遷，輻射出的是K系特征譜線中的Kα及Kβ線；M→L，N→L電子躍遷輻射出L系的Lα、Lβ譜線，以此類推還有M線系等。原子同一殼層上的電子并不處于同一能量狀態(tài)，而分屬于若干個亞能級。如L層8個電子分屬于L1、L2、L3三個亞能級；M層的18個電子分屬五個亞能級等。亞能級間有微小的能量差，因此，電子從同層

7、不同亞層向同一內(nèi)層躍遷，輻射的特征譜線波長，必然有微小的差值。電子在各能級間的躍遷并不是隨意的，要符合“選擇定則”，L1亞能級上的電子就不能躍遷到K層上來，所以Kα譜線是電子由L3→K和L2→K躍遷時輻射出來的Kα1，Kα2兩根譜線組成的。由于能級L3與L2能量值相差很小，因此Kα1，Kα2線的波長很相近，通常無法分辨。為此以Kα1和Kα2譜線波長的加權(quán)平均值作為Kα線的波長。根據(jù)實驗測定，Kα1線的強度是Kα2的兩倍，故Kα線的平均波長為：特征譜的相對強度是由電子在各能級之間的