X射線衍射分析原理與應(yīng)用解析實(shí)用教案

1、第一(dy)講 X射線衍射基本原理uX射線物理學(xué)基礎(chǔ)uX射線衍射的方向(fngxing)uX射線衍射的強(qiáng)度第1頁(yè)/共71頁(yè)第一頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線物理射線物理(wl)(wl)基礎(chǔ)基礎(chǔ) X射線的本質(zhì)(bnzh) X射線的產(chǎn)生 X射線譜第2頁(yè)/共71頁(yè)第二頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)(bnzh)(bnzh)1895年德國(guó)物理學(xué)家“倫琴”發(fā)現(xiàn)(fxin)X射線的性質(zhì)特點(diǎn)肉眼不可見，但能使氣體電離，使照相底片感光，能穿過(guò)不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。呈直線傳播，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過(guò)物體時(shí)僅部分被散射。對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用。第3頁(yè)/共71頁(yè)第三頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線

2、的本質(zhì)射線的本質(zhì)(bnzh)(bnzh) X射線是一種(y zhn)波長(zhǎng)很短的電磁波，波長(zhǎng)在108cm左右，具有波動(dòng)性和粒子性。第4頁(yè)/共71頁(yè)第四頁(yè)，共72頁(yè)。X射線在電磁波譜中的位置(wi zhi)第5頁(yè)/共71頁(yè)第五頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線的波粒二相性射線的波粒二相性hchhp 波動(dòng)性：粒子(lz)性：第6頁(yè)/共71頁(yè)第六頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生(chnshng)(chnshng) X射線的產(chǎn)生： X射線是高速運(yùn)動(dòng)的粒子與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層(ni cn)電子相互作用而產(chǎn)生的。第7頁(yè)/共71頁(yè)第七頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線管射線管第8頁(yè)/共71頁(yè)第八

3、頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線管射線管（ 1 ） 陰 極 （ 燈 絲 ） 發(fā) 射 電 子(dinz)。 由鎢絲制成，加熱后熱輻射電子(dinz)。（2）陽(yáng)極（靶）發(fā)射X射線。 使電子(dinz)突然減速并釋放X射線。（3）窗口X射線出射通道。 既能讓X射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰。窗口與靶面常成3-6的斜角，以減少靶面對(duì)出射X射線的阻礙。第9頁(yè)/共71頁(yè)第九頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線管射線管（4）高速電子轉(zhuǎn)換成X射線的效率只有1%，其余99%都作為熱而散發(fā)了。所以靶材料要導(dǎo)熱性能好，常用黃銅或紫銅制作，還需要循環(huán)水冷卻。因此X射線管的功率有限，大功率需要用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極。（5）焦點(diǎn)陽(yáng)極

4、靶表面被電子轟擊的一塊面積，X射線就是從這塊(zh kui)面積上發(fā)射出來(lái)的。焦點(diǎn)的尺寸和形狀是X射線管的重要特性之一。焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲的形狀，螺形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形焦點(diǎn)。第10頁(yè)/共71頁(yè)第十頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線管的性能射線管的性能(xngnng)(xngnng) X射線衍射工作中希望細(xì)焦點(diǎn)和高強(qiáng)度： 細(xì)焦點(diǎn)提高分辨率 高強(qiáng)度縮短(sudun)暴光時(shí)間、提高信號(hào)強(qiáng)度第11頁(yè)/共71頁(yè)第十一頁(yè)，共72頁(yè)。旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)(xunzhun)(xunzhun)陽(yáng)極陽(yáng)極 上述常用X射線管的功率為5003000W。目前還有旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管、細(xì)聚焦X射線管和閃光X射線管。 因陽(yáng)極不斷旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊(hng

5、j)部位不斷改變，故提高功率也不會(huì)燒熔靶面。目前有100kW的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其功率比普通X射線管大數(shù)十倍。第12頁(yè)/共71頁(yè)第十二頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線譜射線譜- 連續(xù)連續(xù)(linx)X(linx)X射線譜射線譜 X射線強(qiáng)度(qingd)與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線，稱之X射線譜。 在 管 壓 很 低 時(shí) ， 小 于20kv的曲線是連續(xù)變化的，故稱之連續(xù)X射線譜，即連續(xù)譜。第13頁(yè)/共71頁(yè)第十三頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線譜射線譜- 特征特征(tzhng)X(tzhng)X射線譜射線譜 當(dāng)管電壓超過(guò)某臨界值時(shí)，特征譜才會(huì)出現(xiàn)，該臨界電壓稱激發(fā)電壓。當(dāng)管電壓增加時(shí)，連續(xù)譜和特征譜強(qiáng)度都增加，而特征譜對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)保

6、持不變。 鉬靶X射線管當(dāng)管電壓等于或高于20KV時(shí)，則除連續(xù)X射線譜外，位于一定(ydng)波長(zhǎng)處還疊加有少數(shù)強(qiáng)譜線，它們即特征X射線譜。 鉬靶X射線管在35KV電壓下的譜線，其特征x射線分別位于0.63和0.71處，后者的強(qiáng)度約為前者強(qiáng)度的五倍。這兩條譜線稱鉬的K系 第14頁(yè)/共71頁(yè)第十四頁(yè)，共72頁(yè)。特征特征(tzhng)X(tzhng)X射線的產(chǎn)生機(jī)理射線的產(chǎn)生機(jī)理 特征X射線的產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。 原子殼層按其能量大小分為數(shù)層，通常用K、L、M、N等字母代表它們的名稱。 但當(dāng)管電壓達(dá)到或超過(guò)某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)加速下，可以將靶物質(zhì)原子深層的電子擊到能量較高

7、的外部殼層或擊出原子外，使原子電離。 陰極電子將自已的能量給予受激發(fā)的原子，而使它的能量增高，原子處于激發(fā)狀態(tài)(zhungti)。 如果K層電子被擊出K層，稱K激發(fā)，L層電子被擊出L層，稱L激發(fā)，其余各層依此類推。第15頁(yè)/共71頁(yè)第十五頁(yè)，共72頁(yè)。特征特征(tzhng)X(tzhng)X射線的產(chǎn)生機(jī)理射線的產(chǎn)生機(jī)理 產(chǎn)生K激發(fā)的能量為WKhK，陰極電子的能量必須滿足 eVWKhK，才能產(chǎn)生K激發(fā)。其臨界值為eVKWK ，VK稱之臨界激發(fā)電壓。處于激發(fā)狀態(tài)的原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，此時(shí)外層電子將填充內(nèi)層空位，相應(yīng)伴隨著原子能量的降低。原子從高能態(tài)變成低能態(tài)時(shí)，多出的能量以X射線形式輻射

8、出來(lái)。因物質(zhì)(wzh)一定，原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間的能量差一定，故輻射出的特征X射波長(zhǎng)一定。第16頁(yè)/共71頁(yè)第十六頁(yè)，共72頁(yè)。LKLKKhhWWh特征特征(tzhng)X(tzhng)X射線的命名方法射線的命名方法第17頁(yè)/共71頁(yè)第十七頁(yè)，共72頁(yè)。特征特征X X射線的命名射線的命名(mng mng)(mng mng)方法方法 同樣當(dāng)K空位被M層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生K輻射。M能級(jí)與K能級(jí)之差大于L能級(jí)與K能級(jí)之差，即一個(gè)K光子的能量大于一個(gè)K光子的能量； 但因LK層躍遷的幾率比MK遷附幾率大，故K輻射強(qiáng)度比K輻射強(qiáng)度大五倍左右。 顯然， 當(dāng)L層電子填充K層后，原子由K激發(fā)狀態(tài)變成L激發(fā)

9、狀態(tài)，此時(shí)更外層如M、N層的電子將填充L層空位，產(chǎn)生L系輻射。因此，當(dāng)原子受到K激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生K系輻射外，還將伴生L、M等系的輻射。除K系輻射因波長(zhǎng)短而不被窗口完全(wnqun)吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而被吸收。 K雙線的產(chǎn)生與原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。L層的8個(gè)電子的能量并不相同，而分別位于三個(gè)亞層上。K雙線系電子分別由L和L兩個(gè)亞層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生的輻射，而由LI亞層到K層因不符合選擇定則（此時(shí)l0），因此沒(méi)有輻射。第18頁(yè)/共71頁(yè)第十八頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線與物質(zhì)射線與物質(zhì)(wzh)(wzh)的相互作用的相互作用第19頁(yè)/共71頁(yè)第十九頁(yè)，共72頁(yè)。 當(dāng)當(dāng)X X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原

10、子的電子在電磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其振射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子的電子在電磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與入射動(dòng)頻率與入射X X射線的頻率相同。射線的頻率相同。 任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而向四周輻射電磁波，其頻任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而向四周輻射電磁波，其頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。 由于散射線與入射線的波長(zhǎng)和頻率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符由于散射線與入射線的波長(zhǎng)和頻率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干合相干(xinggn)(xinggn)條件，故稱為相干條件，故稱為相干(xinggn)(x

11、inggn)散射。相干散射。相干(xinggn)(xinggn)散射散射是是X X射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)。射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)。X X射線的散射射線的散射(snsh)(snsh)第20頁(yè)/共71頁(yè)第二十頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線的吸收射線的吸收(xshu)(xshu)曲線曲線 X X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)的衰減，射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)的衰減，是吸收和散射造成是吸收和散射造成(zo (zo chn)chn)的。的。 如果用如果用mm仍表示散射系仍表示散射系數(shù)，數(shù)，mm表示吸收系數(shù)。表示吸收系數(shù)。在大多數(shù)情況下吸收系數(shù)在大多數(shù)情況下吸收系數(shù)比散射系數(shù)大得多，故比散射系數(shù)大得多，故mmmm。質(zhì)量吸收

12、系數(shù)。質(zhì)量吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的三次方和元素的與波長(zhǎng)的三次方和元素的原子序數(shù)的三次方近似地原子序數(shù)的三次方近似地成比例，因此成比例，因此33ZKm第21頁(yè)/共71頁(yè)第二十一頁(yè)，共72頁(yè)。吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用 -X -X射線濾波射線濾波(lb)(lb)片的片的選擇選擇 在一些衍射分析工作中，在一些衍射分析工作中，我們只希望是我們只希望是kk輻射的輻射的衍射線條，但衍射線條，但X X射線管中射線管中發(fā)出的發(fā)出的X X射線，除射線，除KK輻射輻射外，還含有外，還含有KK輻射和連輻射和連續(xù)譜，它們續(xù)譜，它們(t men)(t men)會(huì)會(huì)使衍射花樣復(fù)雜化。使衍射花樣復(fù)雜化。 獲得單色光的方法之一是獲得單

13、色光的方法之一是在在X X射線出射的路徑上放射線出射的路徑上放置一定厚度的濾波片，可置一定厚度的濾波片，可以簡(jiǎn)便地將以簡(jiǎn)便地將KK和連續(xù)譜和連續(xù)譜衰減到可以忽略的程度。衰減到可以忽略的程度。 第22頁(yè)/共71頁(yè)第二十二頁(yè)，共72頁(yè)。濾波濾波(lb)(lb)片的選擇規(guī)則片的選擇規(guī)則Z靶40時(shí)，Z濾Z靶-1Z靶40時(shí)，Z濾Z靶-2第23頁(yè)/共71頁(yè)第二十三頁(yè)，共72頁(yè)。吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用-陽(yáng)極陽(yáng)極(yngj)(yngj)靶材料的選擇靶材料的選擇 在在X X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)分析工作射線衍射晶體結(jié)構(gòu)分析工作(gngzu)(gngzu)中，我們中，我們不希望入射的不希望入射的X X射線激發(fā)出樣品的

14、大量熒光輻射。大射線激發(fā)出樣品的大量熒光輻射。大量的熒光輻射會(huì)增加衍射花樣的背底，使圖象不清量的熒光輻射會(huì)增加衍射花樣的背底，使圖象不清晰。避免出現(xiàn)大量熒光輻射的原則就是選擇入射晰。避免出現(xiàn)大量熒光輻射的原則就是選擇入射X X射射線的波長(zhǎng)，使其不被樣品強(qiáng)烈吸收，也就是選擇陽(yáng)線的波長(zhǎng)，使其不被樣品強(qiáng)烈吸收，也就是選擇陽(yáng)極靶材料，讓靶材產(chǎn)生的特征極靶材料，讓靶材產(chǎn)生的特征X X射線波長(zhǎng)偏離樣品的射線波長(zhǎng)偏離樣品的吸收限。吸收限。 根據(jù)樣品成分選擇靶材的原則是：根據(jù)樣品成分選擇靶材的原則是： Z Z靶靶ZZ樣樣-1-1；或；或Z Z靶靶ZZ樣。樣。 對(duì)于多元素的樣品，原則上是以含量較多的幾種元對(duì)于多

15、元素的樣品，原則上是以含量較多的幾種元素中最輕的元素為基準(zhǔn)來(lái)選擇靶材。素中最輕的元素為基準(zhǔn)來(lái)選擇靶材。第24頁(yè)/共71頁(yè)第二十四頁(yè)，共72頁(yè)。u18951895年倫琴發(fā)現(xiàn)年倫琴發(fā)現(xiàn)(fxin)X(fxin)X射線后，認(rèn)為是一種波，但無(wú)法證明。射線后，認(rèn)為是一種波，但無(wú)法證明。u當(dāng)時(shí)晶體學(xué)家對(duì)晶體構(gòu)造（周期性）也沒(méi)有得到證明。當(dāng)時(shí)晶體學(xué)家對(duì)晶體構(gòu)造（周期性）也沒(méi)有得到證明。 1912 1912年勞厄?qū)⒛陝诙驅(qū) X射線用于射線用于CuSO4CuSO4晶體晶體(jngt)(jngt)衍射同時(shí)證明了這兩個(gè)問(wèn)題衍射同時(shí)證明了這兩個(gè)問(wèn)題, ,從此誕從此誕生了生了X X射線晶體射線晶體(jngt)(jng

16、t)衍射學(xué)衍射學(xué) X X射線衍射射線衍射(ynsh)(ynsh)第25頁(yè)/共71頁(yè)第二十五頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線衍射可歸結(jié)為兩方面射線衍射可歸結(jié)為兩方面(fngmin)(fngmin)的問(wèn)題的問(wèn)題衍射方向和衍射強(qiáng)度衍射方向和衍射強(qiáng)度衍射方向問(wèn)題是依靠布拉格方程（或倒易點(diǎn)陣）的理論導(dǎo)出的；衍射方向問(wèn)題是依靠布拉格方程（或倒易點(diǎn)陣）的理論導(dǎo)出的；衍射強(qiáng)度主要介紹多晶體衍射強(qiáng)度主要介紹多晶體(jngt)衍射線條的強(qiáng)度，將從一個(gè)電子的衍射強(qiáng)度研究起，接著研究一個(gè)原子的、衍射線條的強(qiáng)度，將從一個(gè)電子的衍射強(qiáng)度研究起，接著研究一個(gè)原子的、一個(gè)晶胞的以至整個(gè)晶體一個(gè)晶胞的以至整個(gè)晶體(jngt)的衍射強(qiáng)度

17、，最后引入一些幾何與物理上的修正因數(shù)，從而得出多晶體的衍射強(qiáng)度，最后引入一些幾何與物理上的修正因數(shù)，從而得出多晶體(jngt)衍射線條的積分強(qiáng)度。衍射線條的積分強(qiáng)度。第26頁(yè)/共71頁(yè)第二十六頁(yè)，共72頁(yè)。布拉格定律布拉格定律(dngl)(dngl)的推證的推證 當(dāng)射線照射到晶體上時(shí)(shn sh)，考慮一層原子面上散射射線的干涉。當(dāng)射線以角入射到原子面并以角散射時(shí)，相距為a的兩原子散射x射的光程差為： 當(dāng)光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍（n）時(shí) ，在角方向散射干涉加強(qiáng)。即程差=0，從上式可得 即，只有當(dāng)入射角與散射角相等時(shí)，同層原子面上所有原子的散射波干涉將會(huì)加強(qiáng)。因此，常將這種散射稱從晶面反射。)c

18、os(cos a第27頁(yè)/共71頁(yè)第二十七頁(yè)，共72頁(yè)。布拉格定律布拉格定律(dngl)(dngl)的推證的推證uX射線有強(qiáng)的穿透能力，晶體的散射線來(lái)自若干層原子面，各原子面的散射線之間還要互相干涉。u兩相鄰(xin ln)原子面的散射波的干涉，其光程差：u當(dāng)光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，相鄰(xin ln)原子面散射波干涉加強(qiáng)，即干涉加強(qiáng)條件為：ndsin2ndsin2第28頁(yè)/共71頁(yè)第二十八頁(yè)，共72頁(yè)。 射線在晶體中的衍射，實(shí)質(zhì)上是晶體中各原子相干散射波之間互相干涉的結(jié)果。但射線在晶體中的衍射，實(shí)質(zhì)上是晶體中各原子相干散射波之間互相干涉的結(jié)果。但因衍射線的方向恰好相當(dāng)于原子面對(duì)入射線的反射

19、，故可用布拉格定律代表反射規(guī)律因衍射線的方向恰好相當(dāng)于原子面對(duì)入射線的反射，故可用布拉格定律代表反射規(guī)律來(lái)描述衍射線束的方向。來(lái)描述衍射線束的方向。 在以后的討論中，常用在以后的討論中，常用“反射反射”這個(gè)術(shù)語(yǔ)描述衍射問(wèn)題，或者將這個(gè)術(shù)語(yǔ)描述衍射問(wèn)題，或者將“反射反射”和和“衍射衍射”作為同義詞混合使用。作為同義詞混合使用。 但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，x x射線從原子面的反射和可見光的鏡面反射不同，前者是有選擇地反射，射線從原子面的反射和可見光的鏡面反射不同，前者是有選擇地反射，其選擇條件為布拉格定律；而一束可見光以任意角度投射到鏡面上時(shí)都可以產(chǎn)生反射，其選擇條件為布拉格定律；而一束可見光以

20、任意角度投射到鏡面上時(shí)都可以產(chǎn)生反射，即反射不受條件限制。即反射不受條件限制。 因此因此(ync)(ync)，將，將x x射線的晶面反射稱為選擇反射，反射之所以有選擇性，是晶體內(nèi)若射線的晶面反射稱為選擇反射，反射之所以有選擇性，是晶體內(nèi)若干原子面反射線干涉的結(jié)果。干原子面反射線干涉的結(jié)果。BraggBragg定律討論定律討論-（1 1）選擇）選擇(xunz)(xunz)反射反射第29頁(yè)/共71頁(yè)第二十九頁(yè)，共72頁(yè)。BraggBragg定律定律(dngl)(dngl)討論討論-（2 2）衍射極限條件）衍射極限條件 由布拉格公式2dsin=n可知，sin=n/2d，因sin1，故n/2d 1。

21、為使物理意義更清楚， 現(xiàn)考慮n1（即1級(jí)反射）的情況，此時(shí)/2/2的晶面才能產(chǎn)生衍射。 例如(lr)的一組晶面間距從大到小的順序：2.02，1.43，1.17，1.01 ，0.90 ，0.83 ，0.76 當(dāng)用波長(zhǎng)為k=1.94的鐵靶照射時(shí)，因k/2=0.97，只有四個(gè)d大于它，故產(chǎn)生衍射的晶面組有四個(gè)。如用銅靶進(jìn)行照射， 因k/2=0.77， 故前六個(gè)晶面組都能產(chǎn)生衍射。第30頁(yè)/共71頁(yè)第三十頁(yè)，共72頁(yè)。BraggBragg定律定律(dngl)(dngl)的討論的討論-（3 3）干涉面）干涉面和干涉指數(shù)和干涉指數(shù) 為了(wi le)使用方便， 常將布拉格公式改寫成。 如令 ，則 可將（h

22、kl）晶面的n級(jí)反射，看成（HKL）晶面的1級(jí)反射。 （HKL） 與（hkl）面互相平行，晶面間距為（hkl）晶面的1/n。 （HKL）晶面不一定是晶體中的原子面，而是為了(wi le)簡(jiǎn)化布拉格公式而引入的反射面，常將它稱為干涉面。nddhklHKLsin2HKLdsin2ndhkl第31頁(yè)/共71頁(yè)第三十一頁(yè)，共72頁(yè)。BraggBragg定律的討論定律的討論-（3 3）干涉）干涉(gnsh)(gnsh)面和干面和干涉涉(gnsh)(gnsh)指數(shù)指數(shù) 干涉指數(shù)有公約數(shù)n，而晶面指數(shù)只能是互質(zhì)的整數(shù)(zhngsh)。當(dāng)干涉指數(shù)也互為質(zhì)數(shù)時(shí)，它就代表一組真實(shí)的晶面。 可將干涉指數(shù)視為晶面指數(shù)

23、的推廣，是廣義的晶面指數(shù)。第32頁(yè)/共71頁(yè)第三十二頁(yè)，共72頁(yè)。布拉格方程布拉格方程(fngchng)(fngchng)應(yīng)用應(yīng)用 布拉格方程是X射線衍射分析中最重要的基礎(chǔ)公式，反映衍射時(shí)說(shuō)明衍射的基本關(guān)系(gun x)，所以應(yīng)用非常廣泛。從實(shí)驗(yàn)角度可歸結(jié)為兩方面的應(yīng)用： 一方面是用已知波長(zhǎng)的X射線去照射晶體，通過(guò)衍射角的測(cè)量求得晶體中各晶面的面間距d，這就是結(jié)構(gòu)分析- X射線衍射學(xué)； 另一方面是用一種已知面間距的晶體來(lái)反射從試樣發(fā)射出來(lái)的X射線，通過(guò)衍射角的測(cè)量求得X射線的波長(zhǎng)，這就是X射線光譜學(xué)。該法除可進(jìn)行光譜結(jié)構(gòu)的研究外，從X射線的波長(zhǎng)還可確定試樣的組成元素。電子探針就是按這原理設(shè)計(jì)的

24、。第33頁(yè)/共71頁(yè)第三十三頁(yè)，共72頁(yè)。X X射線的強(qiáng)度射線的強(qiáng)度(qingd)(qingd) X X射線衍射理論能將晶體結(jié)構(gòu)與衍射花樣有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，它包括衍射線束的方向、射線衍射理論能將晶體結(jié)構(gòu)與衍射花樣有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，它包括衍射線束的方向、強(qiáng)度和形狀。強(qiáng)度和形狀。 衍射線束的方向由晶胞的形狀大小決定衍射線束的方向由晶胞的形狀大小決定 衍射線束的強(qiáng)度由晶胞中原子的位置和種類決定，衍射線束的強(qiáng)度由晶胞中原子的位置和種類決定， 衍射線束的形狀大小與晶體的形狀大小相關(guān)。衍射線束的形狀大小與晶體的形狀大小相關(guān)。 下面下面(xi mian)(xi mian)我們將從一個(gè)電子、一個(gè)原子、一個(gè)晶胞、一

25、個(gè)晶體、粉末多晶循我們將從一個(gè)電子、一個(gè)原子、一個(gè)晶胞、一個(gè)晶體、粉末多晶循序漸進(jìn)地介紹它們對(duì)序漸進(jìn)地介紹它們對(duì)X X射線的散射，討論散射波的合成振幅與強(qiáng)度射線的散射，討論散射波的合成振幅與強(qiáng)度第34頁(yè)/共71頁(yè)第三十四頁(yè)，共72頁(yè)。一個(gè)一個(gè)(y )(y )原子對(duì)原子對(duì)X X射線的衍射射線的衍射 當(dāng)一束x射線與一個(gè)原子相遇，原子核的散射可以(ky)忽略不計(jì)。原子序數(shù)為Z的原子周圍的Z個(gè)電子可以(ky)看成集中在一點(diǎn)，它們的總質(zhì)量為Zm，總電量為Ze，衍射強(qiáng)度為： 原子中所有電子并不集中在一點(diǎn)，他們的散射波之間有一定的位相差。則衍射強(qiáng)度為： fr試樣的被照射面積時(shí)，可試樣的被照射面積時(shí)，可以近似

26、滿足聚焦條件。完全滿足聚焦條件的只有以近似滿足聚焦條件。完全滿足聚焦條件的只有O O點(diǎn)位置，其它地點(diǎn)位置，其它地方方X X射線能量分散在一定的寬度范圍內(nèi)，只要寬度不太大，應(yīng)用中射線能量分散在一定的寬度范圍內(nèi)，只要寬度不太大，應(yīng)用中是容許的。是容許的。第65頁(yè)/共71頁(yè)第六十五頁(yè)，共72頁(yè)。探測(cè)器與記錄探測(cè)器與記錄(jl)(jl)系統(tǒng)系統(tǒng) X射線衍射儀使用的輻射探測(cè)器有：正比(zhngb)計(jì)數(shù)器、蓋革管、閃爍計(jì)數(shù)器、Si（Li）半導(dǎo)體探測(cè)器、位敏探測(cè)器等，其中常用的是正比(zhngb)計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。第66頁(yè)/共71頁(yè)第六十六頁(yè)，共72頁(yè)。正比正比(zhngb)(zhngb)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 正

27、比計(jì)數(shù)器是由金屬圓筒（陰極）與位于正比計(jì)數(shù)器是由金屬圓筒（陰極）與位于圓筒軸線的金屬絲（陽(yáng)極）組成。金屬圓圓筒軸線的金屬絲（陽(yáng)極）組成。金屬圓筒外用玻璃殼封裝，內(nèi)抽真空后再充稀薄筒外用玻璃殼封裝，內(nèi)抽真空后再充稀薄的惰性氣體，一端由對(duì)的惰性氣體，一端由對(duì)X X射線高度透明的材射線高度透明的材料如鈹或云母等做窗口接收料如鈹或云母等做窗口接收X X射線。當(dāng)陰陽(yáng)射線。當(dāng)陰陽(yáng)極間加上穩(wěn)定極間加上穩(wěn)定(wndng)(wndng)的的600-900V600-900V直流直流高壓，沒(méi)有高壓，沒(méi)有X X射線進(jìn)入窗口時(shí)，輸出端沒(méi)有射線進(jìn)入窗口時(shí)，輸出端沒(méi)有電壓；若有電壓；若有X X射線從窗口進(jìn)入，射線從窗口進(jìn)入

28、，X X射線使惰射線使惰性氣體電離。氣體離子向金屬圓筒運(yùn)動(dòng)，性氣體電離。氣體離子向金屬圓筒運(yùn)動(dòng)，電子則向陽(yáng)極絲運(yùn)動(dòng)。由于陰陽(yáng)極間的電電子則向陽(yáng)極絲運(yùn)動(dòng)。由于陰陽(yáng)極間的電壓在壓在600-900V600-900V之間，圓筒中將產(chǎn)生多次電之間，圓筒中將產(chǎn)生多次電離的離的“雪崩雪崩”現(xiàn)象，大量的電子涌向陽(yáng)極，現(xiàn)象，大量的電子涌向陽(yáng)極，這時(shí)輸出端就有電流輸出，計(jì)數(shù)器可以檢這時(shí)輸出端就有電流輸出，計(jì)數(shù)器可以檢測(cè)到電壓脈沖。測(cè)到電壓脈沖。 X X射線強(qiáng)度越高，輸出電流越大，脈射線強(qiáng)度越高，輸出電流越大，脈沖峰值與沖峰值與X X射線光子射線光子(gungz)(gungz)能量能量成正比，所以正比計(jì)數(shù)器可以可靠成正比，所以正比計(jì)數(shù)器可以可靠地測(cè)定地測(cè)定X X射線強(qiáng)度。射線強(qiáng)度。第67頁(yè)/共71頁(yè)第六十七頁(yè)，共72頁(yè)。閃爍閃爍(shn shu)(shn shu)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 閃爍計(jì)數(shù)器是利用閃爍計(jì)