第四章X射線衍射-1.ppt

1、12:49:45,第四章 X射線光譜與電子能譜分析法,一、概述 generalization 二、X射線與X射線譜 X-ray and X-ray spectrum 三、X射線的吸收、散射和衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray,第一節(jié) X射線和X射線光譜分析,X-ray spectrometry and electron spectroscopy,X-ray and X-ray spectrum analysis,12:49:45,一、概述 generalization,X-射線：波長(zhǎng)0.00150nm； X-射線的能量與原子軌道能級(jí)差

2、的數(shù)量級(jí)相同；,X-射線熒光分析 利用元素內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的熒光光譜，應(yīng)用于元素的定性、定量分析；固體表面薄層成分分析；,12:49:45,電子能譜分析,利用元素受激發(fā)射的內(nèi)層電子或價(jià)電子的能量分布進(jìn)行元素的定性、定量分析；固體表面薄層成分分析；,12:49:45,共同點(diǎn),(1) 屬原子發(fā)射光譜的范疇； (2) 涉及到元素內(nèi)層電子； (3) 以X-射線為激發(fā)源； (4) 可用于固體表層或薄層分析,12:49:45,二、X射線與X射線光譜 X-ray and X-ray spectrum,1. 初級(jí)X射線的產(chǎn)生 X-射線：波長(zhǎng)0.00150nm的電磁波； 0.0124 nm ； (超鈾K系譜線)

3、 (鋰K系譜線) 高速電子撞擊陽(yáng)極(Cu、Cr等重金屬)：熱能(99%)+X射線(1%),高速電子撞擊使陽(yáng)極元素的內(nèi)層電子激發(fā)；產(chǎn)生X射線輻射；,12:49:45,2.X射線光譜,（1） 連續(xù)X射線光譜 電子靶原子，產(chǎn)生連續(xù)的電磁輻射，連續(xù)的X射線光譜；成因： 大量電子的能量轉(zhuǎn)換是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，多次碰撞； 陰極發(fā)射電子方向差異，能量損失隨機(jī)；,12:49:45,（2）X射線特征光譜,特征光譜產(chǎn)生： 碰撞躍遷(高) 空穴躍遷(低) 特征譜線的頻率：,R=1.097107 m-1,Rydberg常數(shù)； 核外電子對(duì)核電荷的屏蔽常數(shù)； n電子殼層數(shù)；c光速；Z原子序數(shù)； 不同元素具有自己的特征譜線定性

4、基礎(chǔ) 。,12:49:45,躍遷定則：,(1)主量子數(shù) n0 (2)角量子數(shù) L=1 (3)內(nèi)量子數(shù) J=1，0 J為L(zhǎng)與磁量子數(shù)矢量和S； n=1,2,3，線系, 線系, 線系； LK層K； K1 、 K2 MK層K ； K1 、 K2 NK層K ； K 1 、 K 2 M L 層L ； L1 、 L2 NL層L ； L 1 、 L 2 NM層M； M1 、 M2,12:49:45,特征光譜定性依據(jù),LK層；K 線系； n1 =2，n2 =1；,不同元素具有自己的特征譜線 定性基礎(chǔ)； 譜線強(qiáng)度定量；,12:49:45,莫色萊定律,特征X射線譜的頻率（或波長(zhǎng)）只與陽(yáng)極靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與

5、其他外界因素?zé)o關(guān)，是物質(zhì)的固有特性。19131914年莫色萊發(fā)現(xiàn)物質(zhì)發(fā)出的特征譜波長(zhǎng)與它本身的原子序數(shù)間存在以下關(guān)系： 根據(jù)莫色萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征X射線譜線波長(zhǎng)，與已知的元素波長(zhǎng)相比較，可以確定它是何元素。它是X射線光譜分析的基本依據(jù),12:49:45,小結(jié),12:49:45,三、X射線的吸收、散射與衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray,1. X射線的吸收 dI0=-I0 l dl l：線性衰減系數(shù)； dI0=-I0 m dm m：質(zhì)量衰減系數(shù)； dI0=-I0 n dn n：原子衰減系數(shù)；,衰減系數(shù)的物理意義：?jiǎn)?/p>

6、位路程 (cm)、單位質(zhì)量(g)、單位截面(cm2) 遇到一個(gè)原子時(shí)，強(qiáng)度的相對(duì)變化（衰減）； 符合光吸收定律： I = I0 exp(- l l ) 固體試樣時(shí)，采用 m = l / （ ：密度）；,12:49:45,X射線與物質(zhì)的相互作用,X射線與物質(zhì)的相互作用，是一個(gè)比較復(fù)雜的物理過(guò)程。 一束X射線通過(guò)物體后，其強(qiáng)度將被衰減，它是被散射和吸收的結(jié)果，并且吸收是造成強(qiáng)度衰減的主要原因。,12:49:45,光電效應(yīng)小結(jié),12:49:45,X射線的吸收,X射線的強(qiáng)度衰減：吸收+散射； 總的質(zhì)量衰減系數(shù)m ： m = m + m m ：質(zhì)量吸收系數(shù)； m ：質(zhì)量散射系數(shù)；,NA：Avogadro

7、常數(shù)；Ar ：相對(duì)原子質(zhì)量；k：隨吸收限改變的常數(shù)；Z：吸收元素的原子序數(shù)； ：波長(zhǎng)； X射線的 ； Z ，越易吸收； ，穿透力越強(qiáng)；,12:49:45,元素的X射線吸收光譜,吸收限(吸收邊)：一個(gè)特征X射線譜系的臨界激發(fā)波長(zhǎng)； 在元素的X射線吸收光譜中， 質(zhì)量吸收系數(shù)發(fā)生突變；呈現(xiàn)非連續(xù)性；上一個(gè)譜系的吸收結(jié)束，下一個(gè)譜系的吸收開始處； 能級(jí)(MK), 吸收限(波長(zhǎng))， 激發(fā)需要的能量。,12:49:45,2.X射線的散射,X射線的強(qiáng)度衰減：吸收+散射； X射線的 ； Z ，越易吸收，吸收散射；吸收為主； ， Z；穿透力越強(qiáng)；對(duì)輕元素N,C,O，散射為主； (1)相干散射(Rayleigh散

8、射，彈性散射),E 較小、 較長(zhǎng)的X射線 碰撞(原子中束縛較緊、Z較大電子)新振動(dòng)波源群（原子中的電子）；與X射線的周期、頻率相同，方向不同。 實(shí)驗(yàn)可觀察到該現(xiàn)象；測(cè)量晶體結(jié)構(gòu)的物理基礎(chǔ)；,12:49:45,（2）非相干散射,Comptom 散射、非彈性散射；Comptom-吳有訓(xùn)效應(yīng)；,波長(zhǎng)、周相不同，無(wú)相干, = - = K (1-cos) K 與散射體和入射線波長(zhǎng)有關(guān)的常數(shù)； Z，非相干散射； 衍射圖上出現(xiàn)連續(xù)背景。,12:49:45,小結(jié),12:49:45,3. X射線的衍射,相干散射線的干涉現(xiàn)象； 相等，相位差固定，方向同， n 中n不同，產(chǎn)生干涉。,X射線的衍射線： 大量原子散射波的疊加、干涉而產(chǎn)生最大程度加強(qiáng)的光束； Bragg衍射方程： DB=BF=d sin n = 2d sin 光程差為 的整數(shù)倍時(shí)相互加強(qiáng)；,12:49:45,Bragg衍射方程及其作用,n = 2d sin | sin | 1；當(dāng)n = 1 時(shí)， n / 2d = | sin | 1， 即 2d ； 只有當(dāng)入射X射線的波長(zhǎng) 2倍晶面間距時(shí)，才能產(chǎn)生衍射,Bragg衍射方程重要作用： (1)已知 ，測(cè)角，計(jì)算d； (2)已知d 的晶體，測(cè)角，得到特征輻射波長(zhǎng) ，確定元素，X射線熒光分析的基礎(chǔ)。,12:49:45,內(nèi)容選擇,第一節(jié) X射線與X射線光譜分析 X-ray and X-ray