X射线衍射法
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第四讲X射线衍射方法
158eV。 对轻元素分辨率较差，一般可用在Al及以后的元素探测。
40
新型探测器
SDD 探测器
硅漂移探测器（Sillicon Drift Detector），最近十年出现 的新型半导体探测器，首先为空间科学开发的。
50mm芯丝能同时测量12º范围。 适用于高速记录衍射花样，测量瞬时变化的研究对象（如相变），测
量那些易于随时间而变得不稳定的试样和容易受X射线照射损伤的试 样，测量那些微量试样和强度弱的衍射信息（如漫散射）。
38
新型探测器
Si（Li）探测器
最早出现的半导体探测器。一般需要液氮制冷（不工作也 需要），体积大，应用不方便。
当然少不了X射线的发生装置----X光管； 为了使X射线照射到被测样品上需要有一个样品
台； 为了接受由样品表面产生的衍射线需要有一个射
线探测器，而且这个探测器应当安放在适当的角 度上，测角仪 检测系统，正比计数器等
31
测角仪构造示意图
逆时针方向：100º 顺时针方向：165º 绝对精度： 0.01 º
倒装法
底片开口在后光阑两侧，显然，底片中部为背反射衍射 线，两端为前反射衍射线。衍射角按下式计算：
2π-4θ=S/R θ=π/2-S/4R（弧度）
以度为单位，2R=57.3mm时： θ=90-S/2
23
各种安装方式衍射花样的计算
不对称装法
可以消除底片收缩和相机半径误差。 底片开两孔，分别被前、后光阑穿过，底片开口置于相 机一侧。不难看出，由前后反射弧对中心点的位置可求 出底片上对应180º圆心角的实际长度W，于是可用下式计 算衍射角：
291912年布拉格最先使用电离室探测1913年布拉格测定nacl等晶体结构的1943年弗里德曼设计了最初的近代射线衍射仪得到了普及应用1952随着科学技术的发展促使现代电子学集成电路和电子计算机等先进技术进一步与射线衍射仪向强光源高稳定高分辨多功能和全自动的联合组机方向发展可以自动地给出大多数衍射实验结果
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新型探测器
SDD 探测器
硅漂移探测器（Sillicon Drift Detector），最近十年出现 的新型半导体探测器，首先为空间科学开发的。
50mm芯丝能同时测量12º范围。 适用于高速记录衍射花样，测量瞬时变化的研究对象（如相变），测
量那些易于随时间而变得不稳定的试样和容易受X射线照射损伤的试 样，测量那些微量试样和强度弱的衍射信息（如漫散射）。
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新型探测器
Si（Li）探测器
最早出现的半导体探测器。一般需要液氮制冷（不工作也 需要），体积大，应用不方便。
当然少不了X射线的发生装置----X光管； 为了使X射线照射到被测样品上需要有一个样品
台； 为了接受由样品表面产生的衍射线需要有一个射
线探测器，而且这个探测器应当安放在适当的角 度上，测角仪 检测系统，正比计数器等
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测角仪构造示意图
逆时针方向：100º 顺时针方向：165º 绝对精度： 0.01 º
倒装法
底片开口在后光阑两侧，显然，底片中部为背反射衍射 线，两端为前反射衍射线。衍射角按下式计算：
2π-4θ=S/R θ=π/2-S/4R（弧度）
以度为单位，2R=57.3mm时： θ=90-S/2
23
各种安装方式衍射花样的计算
不对称装法
可以消除底片收缩和相机半径误差。 底片开两孔，分别被前、后光阑穿过，底片开口置于相 机一侧。不难看出，由前后反射弧对中心点的位置可求 出底片上对应180º圆心角的实际长度W，于是可用下式计 算衍射角：
291912年布拉格最先使用电离室探测1913年布拉格测定nacl等晶体结构的1943年弗里德曼设计了最初的近代射线衍射仪得到了普及应用1952随着科学技术的发展促使现代电子学集成电路和电子计算机等先进技术进一步与射线衍射仪向强光源高稳定高分辨多功能和全自动的联合组机方向发展可以自动地给出大多数衍射实验结果
第五章X射线衍射方法107
亦即通过320目的筛子，而且在加工过程中，应防止由于外加物理 或化学因素而影响试样其原有的性质。
特殊试样的制备方法：
当样品很少时，可将粉末和胶调匀徐在平玻片上制成。
对一些多晶质的固体样品，如果其中的晶粒足够细， 也可不必研磨成粉末。只要切磨出一个平整的面， 且样品的大小合适即可。如一些金属块、陶瓷片。
L
d/d
晶面间距的变化引起的衍射线条的位置改变
L = 2R d/d -ctg
－2R sin =－2R sin =－2R n/2d
cos
1- sin2
1-(n/2d)2
－2R sin =－2R sin =－2R n/2d
cos
（2）将晶体粉末与适量的树胶混合均匀，调成面团状，然后夹 在两片毛玻璃之间，搓成所是粗细的粉末柱。
（3）试样粉末装填于预先制备的胶管或含轻元素的玻璃毛细管 中，制成粉末柱。
4. 衍射花样的测量和计算
衍射角度的测量
主要是通过测量底片上衍射线条的相对位置计算角
衍射弧对与角的关系
对于前反射区（2<90）衍射弧对， 有
6. 样品的制备
1、制备样品的方法
与照相法的粉末试样制备一样，试样中晶体微粒 的线性大小以在10-3mm数量级为宜，对无机非金属 样品，可以将它们放在玛瑙研钵中研细至用手指搓 摸无颗粒感时即可。金属或合金试样用锉刀挫成粉 末。所需的样品量比照相法要多，大约在0.5-1克 左右。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6. 样品的制备
被测试样制备良好，才能获得正确良好的衍射信息。 对于粉末样品，通常要求其颗粒平均粒径控制在5μm左右，
3）X射线的波长越长，分辨本领越高。所以为了提高相机的 分辨本领，在条件允许的情况下，应尽量采用波长较长的X射 线源。
特殊试样的制备方法：
当样品很少时，可将粉末和胶调匀徐在平玻片上制成。
对一些多晶质的固体样品，如果其中的晶粒足够细， 也可不必研磨成粉末。只要切磨出一个平整的面， 且样品的大小合适即可。如一些金属块、陶瓷片。
L
d/d
晶面间距的变化引起的衍射线条的位置改变
L = 2R d/d -ctg
－2R sin =－2R sin =－2R n/2d
cos
1- sin2
1-(n/2d)2
－2R sin =－2R sin =－2R n/2d
cos
（2）将晶体粉末与适量的树胶混合均匀，调成面团状，然后夹 在两片毛玻璃之间，搓成所是粗细的粉末柱。
（3）试样粉末装填于预先制备的胶管或含轻元素的玻璃毛细管 中，制成粉末柱。
4. 衍射花样的测量和计算
衍射角度的测量
主要是通过测量底片上衍射线条的相对位置计算角
衍射弧对与角的关系
对于前反射区（2<90）衍射弧对， 有
6. 样品的制备
1、制备样品的方法
与照相法的粉末试样制备一样，试样中晶体微粒 的线性大小以在10-3mm数量级为宜，对无机非金属 样品，可以将它们放在玛瑙研钵中研细至用手指搓 摸无颗粒感时即可。金属或合金试样用锉刀挫成粉 末。所需的样品量比照相法要多，大约在0.5-1克 左右。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6. 样品的制备
被测试样制备良好，才能获得正确良好的衍射信息。 对于粉末样品，通常要求其颗粒平均粒径控制在5μm左右，
3）X射线的波长越长，分辨本领越高。所以为了提高相机的 分辨本领，在条件允许的情况下，应尽量采用波长较长的X射 线源。
材料科学研究方法 第三章 X射线衍射方法
根据衍射几何关系，偏 装法固定了两个圆孔位 置后就能求出相机的真 实圆周长度。 由图可见， C有效 = A+B=2π R， 其中R就是真实半径。 则： 2L 4R 4 ＝ C有效 2R 2 偏装法可以消除底片收缩、试样偏心、相机直径不准等 造成的误差。
德拜法的试样制备
首先，试样必须具有代表性；其次试样粉末尺寸大小要 适中（250-300目），第三是试样粉末不能存在应力 脆性材料可以用碾压或用研钵研磨的方法获取；对于塑 性材料（如金属、合金等）可以用锉刀锉出碎屑粉末 德拜法中的试样尺寸为φ 0.4-0.8×5-10mm的圆柱样品。 制备方法有： （1）用细玻璃丝涂上胶水后，捻动玻璃丝粘结粉末。（2） 将粉末填入石英毛细管或玻璃毛细管中即制成试样。或 用胶水将粉末调成糊状注入毛细管中，从一端挤出2-3mm 长作为试样。 （3）直接用金属丝作试样
X射线衍射仪
布鲁克公司生产的D8X射线衍射仪
控制及数据收集计算机
3.2.1 测角仪：核心部件
1. 测角仪的构造：
测角仪圆中心是样品台 H。样品台可以绕中心O 轴转动。平板状粉末多 晶样品安放在样品台H 上，并保证试样被照射 的表面与O轴线严格重 合。 测角仪圆周上安装有X 射线辐射探测器D，探 测器亦可以绕O轴线转 动。 工作时，探测器与试样 同时转动，但转动的角 速度为2：1的比例关系 （θ～2θ连动）。
3. 测角仪的光路布置
线状焦点 S 的长边方向与测角仪中心 轴平行，采用联合光阑（窄缝光阑a ＋梭拉光阑S1）控制X 射线在两个方 向上的发散。
窄缝光阑 a：控制与测角仪平面平行方向的发散度。 梭拉光阑 S1：由一组互相平行、间隔很密的重金属薄片组成 （长32mm， 薄片厚0.05mm，薄片间距0.43mm），用于 控制与测角仪平面垂直方 向的发散度。 窄缝光阑 b：控制试样上的照射面积。 狭缝光阑 F：控制衍射线进入计数器的辐射能量。
x射线衍射法k值法标准
x射线衍射法k值法标准
一、目的
本标准规定了X射线衍射法测定晶体结构参数中K值法的方法原理、仪器与试剂、操作步骤、数据处理及注意事项。
本标准适用于采用K值法测定晶体结构参数。
二、方法原理
X射线衍射法是一种测定物质晶体结构的方法。
在粉末X射线衍射分析中，一个关键的步骤是R因子的计算，它涉及到晶胞参数的精确度。
R因子有多种计算方法，其中K值法是应用较广的一种。
K值法是通过比较实验和理论粉末衍射图谱，利用晶胞参数、原子坐标参数以及电子密度之间的关系，来求解晶体结构参数的方法。
三、仪器与试剂
1. X射线衍射仪：应符合国家相关标准的要求，具备粉末衍射功能。
2. 粉末样品：需要进行研磨和筛选，以获得适合测试的粒度。
3. 标准物质：用于校正仪器和验证测试结果的准确性。
四、操作步骤
1. 实验前准备：准备好粉末样品、标准物质以及实验所需的仪器和试剂。
2. 仪器校正：使用标准物质对仪器进行校正，确保测试结果的准确性。
3. 实验测试：将粉末样品放置在测试台上，启动X射线衍射仪进行测试，记录衍射图谱。
4. 数据处理：将实验得到的衍射图谱与理论衍射图谱进行比较，利用K值法计算晶体结构参数。
五、数据处理及注意事项
1. 数据处理：在数据处理过程中，应确保数据的准确性和可靠性，遵循误差传递等基本原则。
2. 注意事项：实验过程中应注意安全，避免X射线对人体的伤害；同时，对于结果的解释和应用，需结合其他相关测试和表征手段，以确保结果的准确性和可靠性。
第四章 X射线衍射方法
需要的角度 尽可能高
强度和分辨 提高弱线强 重视小角度 强度尽可能 准确定位且 率适中 度和分辨率 衍射线 大且重现好 分辨率高
4.1.9 衍射仪操作 开机前准备和检查。开冷却水；检查X射线管窗口 快门是否已关闭，管压、管流表是否指在最小；接通 总电源，开稳压器，将制好的试样插入样品架，关好 防护罩；开热交换器电源，开X射线发生器电源， Ready灯亮后，开X光管电源，交替缓慢升高管压和 管流至所需值。开计算机，设置适当的衍射条件，输 入文件名、样品名等，开X射线快门，开始扫描并存 储衍射数据。测试毕，关快门，响警报，开防护，换 样品，关防护，警报止，重复以上操作，完成所有测 试任务，关快门，缓慢降管压、管流至最小值，关X 光管电源，过一会儿再关X射线发生器电源、热交换 器电源和冷却水，最后关稳压器和总电源。
条 件 靶材 管压(kV) 管流(mA) 一般物相 混合物中微 有机高分子 物相定量 定性分析 量相分析 测定 分析 Cu 35~40 30~40 Cu 35~40 30~40 Cu 35~40 30~40 Cu 35~40 30~40 点阵参数 测定 Cu, Co 35~40 30~40
量程(CPS) 2000~20000 200~4000 RC (s) W(/min) 1, 0.5 2, 4 10~2 ½, 1
(1)“粉样自由落体”装样法——侧槽填样
(2)必要时在样品粉末中掺入等体积的细粒硅胶，但会降强度、 增背景。对黏土矿物，制样时有意使其形成择优取向。
4.1.6 测角仪定位读数校正 衍射仪在使用前必须对测角仪进行一系列的光 路调节、零位和角度读数的校准。这对能否获得良 好的聚焦、正确的角度读数、最佳的分辨率和最大 衍射强度极为重要。 (1) 标样法：2 (d值)可用标准物质的已知峰校准，低 角区用云母，高角区用高纯硅粉。
第四章X射线衍射与散射详解
材料现代研究方法
朱诚身
第四章：X射线衍射与散射
X射线衍射法概述
X射线分析法原理 广角X射线衍射法 多晶X射线衍射在高聚物中的应用 小角X射线散射法 X射线法应用
第一节 X射线衍射法概述
一． X射线的发现 1895年，W．K．Rontgen（1845—1923）发现 了X-Ray。1906年，英国物理学家巴克拉（1874— 1944）确定了不同金属都有自己特征的X-Ray。1912 年，Max ue（劳厄）发现X-Ray在晶体中的干涉现 象。1913年提出布拉格（Bragg）方程，用于晶体结 构分析。不久在20年代即开始应用于聚合物的结构测 定，最大分子确立的基础之一。
二． X射线的性质
1 ．波长范围：0.001~10nm，对高分子有用的是 0.05~0.25nm，最有用的是CuKα线，入=0.1542nm， 与聚合物微晶单胞0.2~2nm相当。
2 . X-Ray的产生 X-射线管效率： E=1.1×10-9 Z V 上面的“E”—效率，“Z”—原子序数，“V” —电压。 电能的0.2%转变为X-Ray，绝大部分变成热，帮阳 极靶须导 热良好，同时水冷。 3 ．连续X-Ray和特征X-Ray （1）连续（白色）X-Ray：由于极大数量的电子射到阳 极时穿透阳极物质深浅程度不同，动能降低多少不一， 产生各种波长的X-Ray。
3.典型聚集态衍射谱图的特征 衍射谱图是记录仪上绘出的衍 射强度（I）与衍射角（2θ）的关 系图。右图中：a 表示晶态试样衍 射，特征是衍射峰尖锐，基线缓平。 同一样品，微晶的择优取向只影响 峰的相对强度。图b为固态非晶试 样散射，呈现为一个（或两个）相 当宽化的“隆峰”。图c与d是半晶 样品的谱图。C有尖锐峰，且被隆 拱起，表明试样中晶态与非晶态 “两相”差别明显；d呈现为隆峰 之上有突出峰，但不尖锐，这表明 试样中晶相很不完整。 四种典型聚集态衍射谱图的特征示意图
朱诚身
第四章：X射线衍射与散射
X射线衍射法概述
X射线分析法原理 广角X射线衍射法 多晶X射线衍射在高聚物中的应用 小角X射线散射法 X射线法应用
第一节 X射线衍射法概述
一． X射线的发现 1895年，W．K．Rontgen（1845—1923）发现 了X-Ray。1906年，英国物理学家巴克拉（1874— 1944）确定了不同金属都有自己特征的X-Ray。1912 年，Max ue（劳厄）发现X-Ray在晶体中的干涉现 象。1913年提出布拉格（Bragg）方程，用于晶体结 构分析。不久在20年代即开始应用于聚合物的结构测 定，最大分子确立的基础之一。
二． X射线的性质
1 ．波长范围：0.001~10nm，对高分子有用的是 0.05~0.25nm，最有用的是CuKα线，入=0.1542nm， 与聚合物微晶单胞0.2~2nm相当。
2 . X-Ray的产生 X-射线管效率： E=1.1×10-9 Z V 上面的“E”—效率，“Z”—原子序数，“V” —电压。 电能的0.2%转变为X-Ray，绝大部分变成热，帮阳 极靶须导 热良好，同时水冷。 3 ．连续X-Ray和特征X-Ray （1）连续（白色）X-Ray：由于极大数量的电子射到阳 极时穿透阳极物质深浅程度不同，动能降低多少不一， 产生各种波长的X-Ray。
3.典型聚集态衍射谱图的特征 衍射谱图是记录仪上绘出的衍 射强度（I）与衍射角（2θ）的关 系图。右图中：a 表示晶态试样衍 射，特征是衍射峰尖锐，基线缓平。 同一样品，微晶的择优取向只影响 峰的相对强度。图b为固态非晶试 样散射，呈现为一个（或两个）相 当宽化的“隆峰”。图c与d是半晶 样品的谱图。C有尖锐峰，且被隆 拱起，表明试样中晶态与非晶态 “两相”差别明显；d呈现为隆峰 之上有突出峰，但不尖锐，这表明 试样中晶相很不完整。 四种典型聚集态衍射谱图的特征示意图
0451X射线衍射法
0451X 射线衍射法X 射线衍射法是一种利用单色 X 射线光束照射到一颗晶体 （单晶 X 射线衍射法， SXRD） 或众多随机取向的微小晶体（粉末 X 射线衍射法，PXRD）来测量样品分子三维立体结构或 特征 X 射线衍射图谱的检测分析方法。
① 固体化学物质状态可分为晶态（或称晶体）和非晶态（或称无定型态、玻璃体等）物质 两大类。
晶态物质（晶体）中的分子、原子或离子在三维空间呈周期性有序排列，晶体的最小重 复单位是晶胞。
晶胞是由一个平行六面体组成，含有三个轴（a、b、c，单位：Å）和三个 角（α、β、γ，单位：°） ，被称为晶胞参数。
晶胞沿（x、y、z）三维的无限有序堆积排列形 成了晶体。
非晶态物质（无定型态、玻璃体等）中的分子、原子或离子在三维空间不具有周期性排 列规律，其固体物质是由分子、原子或离子在三维空间杂乱无章的堆积而成。
X 射线衍射的基本原理：当一束 X 射线通过滤波镜以单色光（特定波长）照射到单晶 体样品或粉末微晶样品时即发生衍射现象，衍射条件遵循布拉格方程式：d hkl =式中n⋅λ 2 ⋅ sin θdhkl 为面间距（hkl 为晶面指数） ； n 为衍射级数； λ 为 X 射线的波长； θ 为掠射角。
金属铜（Cu）与钼（Mo）为有机化合物样品常用的 X 射线阳极靶元素，Cu 靶波长 λ 为 1.54178Å，Mo 靶波长 λ 为 0.71073Å。
X 射线由 Kα 和 Kβ 组成，一般采用 Kα 线作为单晶 X 射线衍射的结构分析或粉末 X 射线衍射的成分与晶型分析的特征 X 射线。
②[2] 当 X 射线照射到晶态物质上时，可以产生衍射效应；而当 X 射线照射到非晶态物质上 时则无衍射效应。
单晶 X 射线衍射结构（晶型）定量分析和粉末 X 射线成分（晶型）定性 与定量分析均是依据 X 射线衍射基本原理。
X 射线衍射仪器是由 X 射线光源（直流高压电源、真空管、阳极靶） 、准直系统（准直 管、样品架） 、仪器控制系统（指令控制、数据控制） 、冷却系统组成。
第六章 X射线衍射方法
26
射 线 衍 射 方 法
X
– 光学布臵上要求S、G（实际是F）位 于同一圆周上，这个圆周叫测角仪圆。 – 若使用滤波片，则要放臵在衍射光路 而不是入射线光路中，这是为了一方 面限制Kβ线强度，另一方面也可以减 少由试样散射出来的背底强度。
27
– （4）测角仪台面：
射 线 衍 射 方 法
X
• 狭缝B、光阑F和计数管G固定于 测角仪台E上，台面可以绕O轴转 动（即与样品台的轴心重合）， 角位臵可以从刻度盘K上读取。
射 线 衍 射 方 法
X
在测角仪的测量动作中，计数器并不沿
聚焦圆移动，而是沿测角仪圆移动逐个 地对衍射线进行测量。 除X射线管焦点S之外，聚焦圆与测角仪 圆只能有一个公共交点F，所以，无论 衍射条件如何改变，最多只可能有一个 （hkl）衍射线聚焦到F点接受检测。
34
射 线 衍 射 方 法
X
– 出现了新问题： – ①光源S固定在机座上，与试样C的直线位 臵不变，而计数管G和接收光阑F在测角仪 大圆周上移动，随之聚焦圆半径发生改变。 2θ增加时，弧SF接近，聚焦圆半径 r减小； 反之，2θ减小时弧 SF拉远，r增加。
射 线 衍 射 方 法
31
X
射 线 衍 射 方 法
X
在理想情况下，试样是弯曲的，曲率与
聚焦圆相同 对于粉末多晶体试样，在任何方位上总 会有一些（hkl）晶面满足布拉格方程产 生反射，而且反射是向四面八方的 但是，那些平行于试样表面的（hkl）晶 面满足入射角＝反射角＝θ的条件
32
射 线 衍 射 方 法
– 所需样品极少, 在试样非常少的时候在 1mg左右时 也可以进行分析 – 设备简单，价格便宜 – 由试样发出的所有衍射线条，除很小一部分外， 几乎能全部同时记录在一张底片上 – 可以调整试样的吸收系数，使整个照片的衍射强 度比较均匀，同时还保持相当高的测量精度 – 可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶 体取向、晶粒度等时候尤为有效 – 在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可 少的.
射 线 衍 射 方 法
X
– 光学布臵上要求S、G（实际是F）位 于同一圆周上，这个圆周叫测角仪圆。 – 若使用滤波片，则要放臵在衍射光路 而不是入射线光路中，这是为了一方 面限制Kβ线强度，另一方面也可以减 少由试样散射出来的背底强度。
27
– （4）测角仪台面：
射 线 衍 射 方 法
X
• 狭缝B、光阑F和计数管G固定于 测角仪台E上，台面可以绕O轴转 动（即与样品台的轴心重合）， 角位臵可以从刻度盘K上读取。
射 线 衍 射 方 法
X
在测角仪的测量动作中，计数器并不沿
聚焦圆移动，而是沿测角仪圆移动逐个 地对衍射线进行测量。 除X射线管焦点S之外，聚焦圆与测角仪 圆只能有一个公共交点F，所以，无论 衍射条件如何改变，最多只可能有一个 （hkl）衍射线聚焦到F点接受检测。
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射 线 衍 射 方 法
X
– 出现了新问题： – ①光源S固定在机座上，与试样C的直线位 臵不变，而计数管G和接收光阑F在测角仪 大圆周上移动，随之聚焦圆半径发生改变。 2θ增加时，弧SF接近，聚焦圆半径 r减小； 反之，2θ减小时弧 SF拉远，r增加。
射 线 衍 射 方 法
31
X
射 线 衍 射 方 法
X
在理想情况下，试样是弯曲的，曲率与
聚焦圆相同 对于粉末多晶体试样，在任何方位上总 会有一些（hkl）晶面满足布拉格方程产 生反射，而且反射是向四面八方的 但是，那些平行于试样表面的（hkl）晶 面满足入射角＝反射角＝θ的条件
32
射 线 衍 射 方 法
– 所需样品极少, 在试样非常少的时候在 1mg左右时 也可以进行分析 – 设备简单，价格便宜 – 由试样发出的所有衍射线条，除很小一部分外， 几乎能全部同时记录在一张底片上 – 可以调整试样的吸收系数，使整个照片的衍射强 度比较均匀，同时还保持相当高的测量精度 – 可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶 体取向、晶粒度等时候尤为有效 – 在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可 少的.
第九章广角X射线衍射
电子(反冲电子,俄歇电子,光电子) 荧光X射线
图9-5 X射线与物质的作用
9
在许多情况下，X射线衍射研究工作中使用单色X射线，而X 射线管发出的X射线有连续谱和特征谱。由于特征X射线产生尖锐 的衍射峰，而伴随的连续谱产生的是漫散射，影响特征X射线衍射 花样观察。因为非晶态的衍射本身就是漫散峰或晕环，连续谱漫 散射的存在，进入非晶散射，很难扣除，在这种情况下需要对X射 线进行单色化。
2. 空间点阵 在研究物质的晶体结构时，都是将其原子假定为刚性的小球， 彼此接触，紧密地按一定规则堆积在一起的。如图9-10所示的 NaCl晶体模型，为了便于分析原子在晶体中的排列规律，可以将 它抽象为一些几何点，每个点代表原子的中心，或是原子的振动 中心。这些几何点的空间排列称为空间点阵,或简称为点阵。
1
2
Sˊ ︳Sˊ- S ︱= 2sinq
q
q
d
2q
d
S’
20
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图9-14 X射线衍射示意图
二、布拉格方程的讨论 （一）产生衍射的条件 衍射只产生在波的波长和散射中间距为同一数量级或更小的
时候。 （二）反射级数与干涉指数 布拉格方程nλ=2dˊsinθ表示面间距为dˊ的（hkl）晶面上产生
及其强度之间的比例不变。
8
当前第8页\共有63页\编于星期五\22点
3. X射线与物质的作用
X射线在通过物质时都存在着某种程度的吸收，吸收作用 包括散射和“真吸收”。
散射分为相干散射和非相干散射。 真吸收是由于光电效应造成的。
入射X射线 I0, l0
当前第9页\共有63页\编于星期五\22点
热能
透射X射线 散射X射线(l=l0 相干散射和l1>l0非相干散射)
图9-5 X射线与物质的作用
9
在许多情况下，X射线衍射研究工作中使用单色X射线，而X 射线管发出的X射线有连续谱和特征谱。由于特征X射线产生尖锐 的衍射峰，而伴随的连续谱产生的是漫散射，影响特征X射线衍射 花样观察。因为非晶态的衍射本身就是漫散峰或晕环，连续谱漫 散射的存在，进入非晶散射，很难扣除，在这种情况下需要对X射 线进行单色化。
2. 空间点阵 在研究物质的晶体结构时，都是将其原子假定为刚性的小球， 彼此接触，紧密地按一定规则堆积在一起的。如图9-10所示的 NaCl晶体模型，为了便于分析原子在晶体中的排列规律，可以将 它抽象为一些几何点，每个点代表原子的中心，或是原子的振动 中心。这些几何点的空间排列称为空间点阵,或简称为点阵。
1
2
Sˊ ︳Sˊ- S ︱= 2sinq
q
q
d
2q
d
S’
20
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图9-14 X射线衍射示意图
二、布拉格方程的讨论 （一）产生衍射的条件 衍射只产生在波的波长和散射中间距为同一数量级或更小的
时候。 （二）反射级数与干涉指数 布拉格方程nλ=2dˊsinθ表示面间距为dˊ的（hkl）晶面上产生
及其强度之间的比例不变。
8
当前第8页\共有63页\编于星期五\22点
3. X射线与物质的作用
X射线在通过物质时都存在着某种程度的吸收，吸收作用 包括散射和“真吸收”。
散射分为相干散射和非相干散射。 真吸收是由于光电效应造成的。
入射X射线 I0, l0
当前第9页\共有63页\编于星期五\22点
热能
透射X射线 散射X射线(l=l0 相干散射和l1>l0非相干散射)
X射线衍射方法
第四节 X射线衍射方法
表4-2 立方晶系点阵消光规律（衍射线的干涉指数）
序
简单立方
体心立方
面心立方
金刚石立方
号 HKL N Ni/N1 HKL N Ni/N1 HKL N Ni/N1 HKL N Ni/N1
1 100 1 1 2 110 2 2 3 111 3 3 4 200 4 4 5 210 5 5 6 211 6 6 7 220 8 8 8 300 9 9 9 310 10 10 10 311 11 11
（4）测量电路；（5）控制操作和运行软件的电子计算机系统。
3. 成像原理
厄瓦尔德图解，与照相法相同
பைடு நூலகம்
第四节 X射线衍射方法
4. 设备特点
a、制样简单 b、测试速度快 c、 精度高 d、强度测量精确 e、信息量大 f、分析简便，可计算机自动检索。
第四节 X射线衍射方法
第四节 X射线衍射方法
高分辨衍射仪
片要放置在衍射光路中，一方面限制Kβ线强 度，另一方面也可以减少由试样散射出来的 背底强度。狭缝S2、光阑G和计数管D固定于 测角仪台M上，台面可以绕O轴转动(与样品台 的轴心重合)，角位置可以从刻度盘上读取。
第四节 X射线衍射方法
测量时，样品台和测角仪台D可分别绕O轴转动，也可机械连动；机械连 动时样品台转过θ角时计数管转2θ角，以使X射线在板状试样表面的入 射角经常等于反射角，称之为θ—2θ连动。
第四节 X射线衍射方法
四、衍射花样的指数化
获得衍射花样的照片后，我们必须确定照片上每条衍射线条的晶面指 数，这个工作就是德拜相的指标化。指数化就是确定衍射花样中线条（弧对） 所对应晶面的干涉指数。
进行德拜相的指数标定，首先得测量每一条衍射线的几何位置（2θ角） 及其相对强度，然后根据测量结果标定每条衍射线的晶面指数。
X射线衍射---X射线衍射方法
2a
sin 2
=
2
4a2
(H
2
+
K2
+
L2 )
令附（：H2立+K方2+L晶2）系=衍m 射花m样为整的数指数化
◆在同一衍射花样中，各衍射线条的sin2θ的顺序比： Sin2θ1：sin2θ2：sin2θ3：…=m1:m2:m3:…
◆比对衍射花样的系统消光规律,
(见下页表,立方晶系中各晶体结构类型衍射线条出现的顺序)
一般物相分析采用2-4º/min
4.1.8 晶体单色器
使用原因： 由于特征X射线谱有连续谱背底存在，它在衍射花样中会造
成比较暗的背影，使某些强度较弱的衍射线条不能显现
采用滤波的办法只能消除Kβ辐射和部分连续谱
4.1.8 晶体单色器
晶体单色器的功能：彻底消除连续谱 的影响
优点：
衍射花样清晰，即使强度很弱的衍射线也能显现
◆保证计数器有最佳状态的输出脉冲 ◆将计数器来的电脉冲变为操作者能够直 观读取或记录的数值
2020/5/8
上海应用技术学院材料学院
实验条件选择
(1)阳极靶的选择：使阳极靶所产生的特征X射线不 激发试样元素的荧光X射线。（滤波片的选择）
(2)管压管流的选择：管压取决于阳极靶材，管压取 阳极靶元素K系激发电压的3～5倍。
2.狭缝光阑的作用如何？ 3.常见的计数器有几种类型？叙述正比计
数器、闪烁计数器的工作原理？ 4.简述测角仪的衍射几何原理？
附：立方晶系衍射花样的指数化 ----标定干涉面指数
立方晶系的面间距公式为：
a dHKL = H 2 + K 2 + L2
将dHKL代入布拉格方程
sin = H 2 + K 2 + L2
sin 2
=
2
4a2
(H
2
+
K2
+
L2 )
令附（：H2立+K方2+L晶2）系=衍m 射花m样为整的数指数化
◆在同一衍射花样中，各衍射线条的sin2θ的顺序比： Sin2θ1：sin2θ2：sin2θ3：…=m1:m2:m3:…
◆比对衍射花样的系统消光规律,
(见下页表,立方晶系中各晶体结构类型衍射线条出现的顺序)
一般物相分析采用2-4º/min
4.1.8 晶体单色器
使用原因： 由于特征X射线谱有连续谱背底存在，它在衍射花样中会造
成比较暗的背影，使某些强度较弱的衍射线条不能显现
采用滤波的办法只能消除Kβ辐射和部分连续谱
4.1.8 晶体单色器
晶体单色器的功能：彻底消除连续谱 的影响
优点：
衍射花样清晰，即使强度很弱的衍射线也能显现
◆保证计数器有最佳状态的输出脉冲 ◆将计数器来的电脉冲变为操作者能够直 观读取或记录的数值
2020/5/8
上海应用技术学院材料学院
实验条件选择
(1)阳极靶的选择：使阳极靶所产生的特征X射线不 激发试样元素的荧光X射线。（滤波片的选择）
(2)管压管流的选择：管压取决于阳极靶材，管压取 阳极靶元素K系激发电压的3～5倍。
2.狭缝光阑的作用如何？ 3.常见的计数器有几种类型？叙述正比计
数器、闪烁计数器的工作原理？ 4.简述测角仪的衍射几何原理？
附：立方晶系衍射花样的指数化 ----标定干涉面指数
立方晶系的面间距公式为：
a dHKL = H 2 + K 2 + L2
将dHKL代入布拉格方程
sin = H 2 + K 2 + L2
第四章X射线衍射方法
行于试样表面、满足布拉格方程的晶面 产生衍射线,而且反射是瞬时的.而其它晶 面虽满足布拉格方程,但与试样表面不平 行,产生的衍射线不能会聚于狭缝光阑而 接收.可见衍射仪接收的衍射线强度小于 德拜法.
X射线测角仪----试样
根据聚集圆原理,试样应为与圆相吻的弧 面,实际上为制造方便,采用平板试样.将 粉末试样放在20mm×15mm×2mm的 样品框中,填平、压紧、刮平.粉末颗粒大 小适中,过粗难压紧成型,且照射的颗粒少, 衍射强度不稳定.过细使衍射线宽化,并妨 碍弱线的出现.
计数测量中的主要电路
◆探测与记录系统---计数器
1. 定标器(间歇式): ①定时计数法:设定时间内,接收电压脉冲数,求
出单位时间光子数(CPS) ②定数计时法:设定脉冲数,测定计数时间,求出
单位时间光子数(CPS) 2.计数率仪(连续式) 经RC电路计数计时同时进行测量单位时间的脉冲 数，并转化为平均直流电压值(与平均脉冲速率 成正比)输出,再由电子电位差计绘出平均直流电 压值与衍射角变化曲线,即衍射图.
原理：将单色器置于衍射线光路上，试样与接 收狭缝之间选单晶体的某个反射能力强的晶面 平行于外表面，由试K 样衍射产生的衍射线（一 次）投射到单晶体上，调整弯晶的方位，使其 高反射本能的平行晶面与一次衍射线的夹角刚 好等于该晶面对Kα 辐射的布拉格角，这样由弯 晶发出的二次衍射线为纯净的与试样衍射线对 应的Kα 衍射线。因以Kα 外的射线与弯晶不满 足衍射条件而滤掉。常用石墨弯晶（0002）晶 面。
2 连动: 试样表面处在入射线和衍射线的
反射位置上,确保狭缝光阑、探测器处于衍射方 向,接收相应晶面的衍射线. 聚集圆: 入射线管焦斑S、被照射的试样表面 MON、反射线的会聚点F(狭缝光阑)位于同一 聚集圆上,确保反射线在F点聚焦接收
X射线测角仪----试样
根据聚集圆原理,试样应为与圆相吻的弧 面,实际上为制造方便,采用平板试样.将 粉末试样放在20mm×15mm×2mm的 样品框中,填平、压紧、刮平.粉末颗粒大 小适中,过粗难压紧成型,且照射的颗粒少, 衍射强度不稳定.过细使衍射线宽化,并妨 碍弱线的出现.
计数测量中的主要电路
◆探测与记录系统---计数器
1. 定标器(间歇式): ①定时计数法:设定时间内,接收电压脉冲数,求
出单位时间光子数(CPS) ②定数计时法:设定脉冲数,测定计数时间,求出
单位时间光子数(CPS) 2.计数率仪(连续式) 经RC电路计数计时同时进行测量单位时间的脉冲 数，并转化为平均直流电压值(与平均脉冲速率 成正比)输出,再由电子电位差计绘出平均直流电 压值与衍射角变化曲线,即衍射图.
原理：将单色器置于衍射线光路上，试样与接 收狭缝之间选单晶体的某个反射能力强的晶面 平行于外表面，由试K 样衍射产生的衍射线（一 次）投射到单晶体上，调整弯晶的方位，使其 高反射本能的平行晶面与一次衍射线的夹角刚 好等于该晶面对Kα 辐射的布拉格角，这样由弯 晶发出的二次衍射线为纯净的与试样衍射线对 应的Kα 衍射线。因以Kα 外的射线与弯晶不满 足衍射条件而滤掉。常用石墨弯晶（0002）晶 面。
2 连动: 试样表面处在入射线和衍射线的
反射位置上,确保狭缝光阑、探测器处于衍射方 向,接收相应晶面的衍射线. 聚集圆: 入射线管焦斑S、被照射的试样表面 MON、反射线的会聚点F(狭缝光阑)位于同一 聚集圆上,确保反射线在F点聚焦接收
X射线衍射分析法
X射线衍射分析法X射线衍射分析法是一种广泛应用于材料科学领域的非破坏性分析方法，它通过对材料中X射线的衍射模式进行研究，可以得到材料的结晶结构信息、晶体学参数以及晶体缺陷等重要信息。
X射线衍射技术已经成为材料科学研究中不可或缺的重要手段，被广泛应用于金属材料、半导体材料、无机晶体、有机晶体等材料的研究和分析中。
X射线衍射的原理是利用入射X射线借助晶体的晶格结构，发生衍射现象，通过测量样品中出射X射线的衍射角度和衍射强度，可以确定晶体的晶格常数、晶体结构、晶体取向和晶体缺陷等信息。
X射线衍射仪是一种专门用于进行X射线衍射分析的仪器，根据不同的应用需求，可以选择适合的X射线衍射仪进行实验。
X射线衍射分析法主要包括粉末衍射分析法和单晶衍射分析法两种常用的方法。
粉末衍射分析法适用于多晶材料或粉末材料的结构研究，可以获得晶体的空间点群、晶胞参数、结晶度等信息；单晶衍射分析法则适用于单晶材料的结构研究，可以获得晶体的真实结构信息，包括晶体的空间对称性、原子位置等详细信息。
X射线衍射分析法具有许多优点，如非破坏性、高灵敏度、高分辨率、快速测量和可定量分析等特点，因此在材料科学研究领域得到广泛应用。
在金属材料研究中，X射线衍射分析可以用于评估金属的晶体结构和相变行为；在半导体材料研究中，X射线衍射分析可以用于研究半导体晶体的缺陷结构和掺杂效应；在生物晶体学研究中，X射线衍射分析可以用于解决生物大分子的三维结构等问题。
在进行X射线衍射分析时，需要注意一些实验参数的选择和控制，以确保实验结果的准确性和可靠性。
在进行粉末衍射实验时，需要选择合适的X射线波长、样品旋转角度、测量范围和样品制备条件等参数；在进行单晶衍射实验时，需要控制晶体的取向和衍射仪的校准等条件。
总的来说，X射线衍射分析法是一种非常有价值的材料结构分析方法，可以为材料科学研究提供重要的结晶学信息。
随着仪器技术的进步和应用领域的拓展，X射线衍射分析方法将在材料科学研究中发挥愈发重要的作用，为解决材料科学领域的难题提供宝贵的帮助。
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12
X光与可见光的区别
➢ X光不折射，因为所有物质对X光的折光指数都接近1。
因此无X光透镜或X光显微镜。
➢ X光无反射。
2
R
IR I0
ns ns
11
➢X 光可为重元素所吸收。
13
二、 X-射线的发生
由于 X-射线是高能电磁波，必由高能过程产生。 电子在高压电场中轰击金属靶子（ X射线管） 加速电子或质子，用磁体突然改变其路径 在导体中突然改变电子的运动方向 核爆炸或宇宙射线的作用
4
6.0 引言
一、 X射线（光）
X-radiation
可见光
g-radiation
Microwaves 微波
UV
IR
无线电波
Radio waves
10-6
10-3
1
103
106
Wavelength(nm)
109
1012
5
1895年，W.C.Roentgen 在研究阴极射线管 时发现X射线，又称为伦琴射线。
9
随着科学技术的发展，X射线新理论，新技术不断 涌现。在原来X射线技术的基础上又形成了四种新 技术：
• 扩展X射线吸收精细结构分析（EXAFS）：得到邻 近原子的间距，配位数和无序度等结构信息。
• X射线光电子能谱：研究原子周围的化学环境，化 学位移和电子结构。
• X射线漫反射及广角非相干和小角相干，非相干散 射技术：了解晶体点振缺陷状态或其统计分布规 律，晶粒大小。
涉及X射线发现、发展和应用的科学家获诺贝尔奖 的就有近30人
1901年 伦琴(英)
获诺贝尔物理奖
1914年 劳埃(德)
获诺贝尔物理奖
1915年 布拉格父子(英) 获诺贝尔物理奖
1936年 德拜(英/荷) 获诺贝尔化学奖
1962年 奥森等3人 获诺贝尔生物奖
1964年 霍奇金(英/埃) 获诺贝尔化学奖
– 非晶体：原子无规则排列，不具有长程有序， 如活性氧化铝等
3
了解固体结构的意义
• 决定物质性能的因素除了其分子的化学组 成外，还有相关原子在空间结合成分子或 物质的方式，即结构型式。
• 因此，研究固态物质的内部结构，即原子 排列和分布规律是了解掌握材料性能的基 础，才能从内部找到改善和发展新材料的 途径。
• X射线形貌技术：利用物质对X射线透过吸收能力 的差异分析物质中的异物形态。
– 人体X光透视， X射线探伤
• X射线光谱技术：利用物质中元素被X射线激发所 产生次生特征X射线谱（荧光）的波长和强度分析 物质的化学组成。
– X射线荧光分析，电子探针，离子探针
• X射线衍射技术：利用X射线在晶体、非晶体中衍 射与散射效应, 进行物相的定性和定量分析
1912年，M.Von Laue 以晶体为光栅，发现 了X射线的衍射现象，确定了X射线的电磁波性质。 X射线是种电磁辐射，波长介于紫外与γ射线之间, l=0.01-100A。
1913年，Bragg父子测定了第一个晶体结构 NaCl，提出Bragg方程；发展了X射线的衍射理 论
6
X射线的发现和广泛应用是20世纪科学发展中最伟 大成就之一
• X射线衍射貌相术：研究晶体内部缺陷的分析技术的特点
• X射线来自原子内层电子的跃迁, 谱线简单, 干扰少. • 灵敏度较高, 一般检出限为10-5 – 10-6 g. • 强度测量再现性好. • 分析元素范围广, 浓度范围大, 可从常量组分到痕量杂质都
可进行测量. • 样品不受破坏, 便于进行无损分析. • 可以进行价态的分析. • 易于实现仪器自动化, 分析快速, 准确.
X射线衍射法
X－Ray Diffraction
1
• 6.1 X射线的基础知识 • 6.2 晶体结构 • 6.3 X射线衍射原理 • 6.4 X射线粉末衍射装置 • 6.5 应用
2
固体的结构分析
• 物质的状态：气态、液态、固态 • 固态：晶体、非晶体
– 晶体：原子在空间呈有规则地周期性重复排列， 或者称长程有序，如微孔分子筛晶体
1985年 豪普特曼等2人 获诺贝尔化学奖
…………
7
1912年劳埃（Laue）发展了X射线的 衍射理论开创了人类认识物质微观结构 的新纪元
X射线的发现和应用
X射线衍射学 X射线光谱学 结晶化学
固 体物理
结构生物学
8
X射线技术及应用
• X射线分析法(X-ray analysis) 是指以X射线为光源 的一系列分析方法的总和, 包括:
14
1. X射线管
X射线管由阳极靶和阴极 灯丝组成，两者之间作用 有高电压。
当高速运动的热电子碰撞 到阳极靶上突然动能消失 时，电子动能将部分转化 成X射线
封闭式X射线管示意图
15
2. X射线谱
分为：连续(白色)X射线和特征X射线
连续(白色) X射线谱：
由大量的电子射到固体靶面而产生，不同性质的碰撞产生 连续谱。 有的电子在一次碰撞中耗尽能量（产生最短的X射线）； 有的在多次碰撞中丧失全部能量， 碰撞的电子数是大量的，碰撞是随机的，产生连续的不同波 长的X射线，
16
I白色 i Z V2
连续X射线的总能 量随管电流、阳极 靶原子序数和管电 压的增加而增大
随电压增加，X谱线上出现尖峰。尖峰在很窄的 电压范围出现，产生X光的波长范围也很窄。称 为特征X射线(characteristic peaks)
17
特征谱的产生
• 当用一个高能量的粒子(电子, 质子等)轰击某物质 时, 若该物质的原子内层电子被轰出电子层, 便在 内层形成空穴, 该空穴会立即被较高能级上的电子 层上的电子所填充, 并发出电磁辐射,这便是特征X 射线.
11
6.1 X射线的基础知识
一、X射线的性质
具有波粒二象性： 解释它的干涉与衍射时，把它看成波， 当与其他物质相互作用时，将它看成粒子流，通常称为光子
X射线的强度： 单位时间通过的光子数的多少，与振幅相关
X射线的能量：与频率或波长相关，Planck‘s 定律:
E= h = hc/l
强度与能量的的区别：强度指光子数的多少 能量指每个光子所携带的能量
18
特征X射线的命名
• 某层电子被激发，称某系激发。
– 如K层电子被激发，称K系激发。
• 某受激层电子空穴被外层电子填充后所产生的X 射线辐射，称某系辐射，某系谱线或某线系。
– 如外层电子填充K层空穴后产生的X射线称K系辐射，K 系谱线或K线系。
X光与可见光的区别
➢ X光不折射，因为所有物质对X光的折光指数都接近1。
因此无X光透镜或X光显微镜。
➢ X光无反射。
2
R
IR I0
ns ns
11
➢X 光可为重元素所吸收。
13
二、 X-射线的发生
由于 X-射线是高能电磁波，必由高能过程产生。 电子在高压电场中轰击金属靶子（ X射线管） 加速电子或质子，用磁体突然改变其路径 在导体中突然改变电子的运动方向 核爆炸或宇宙射线的作用
4
6.0 引言
一、 X射线（光）
X-radiation
可见光
g-radiation
Microwaves 微波
UV
IR
无线电波
Radio waves
10-6
10-3
1
103
106
Wavelength(nm)
109
1012
5
1895年，W.C.Roentgen 在研究阴极射线管 时发现X射线，又称为伦琴射线。
9
随着科学技术的发展，X射线新理论，新技术不断 涌现。在原来X射线技术的基础上又形成了四种新 技术：
• 扩展X射线吸收精细结构分析（EXAFS）：得到邻 近原子的间距，配位数和无序度等结构信息。
• X射线光电子能谱：研究原子周围的化学环境，化 学位移和电子结构。
• X射线漫反射及广角非相干和小角相干，非相干散 射技术：了解晶体点振缺陷状态或其统计分布规 律，晶粒大小。
涉及X射线发现、发展和应用的科学家获诺贝尔奖 的就有近30人
1901年 伦琴(英)
获诺贝尔物理奖
1914年 劳埃(德)
获诺贝尔物理奖
1915年 布拉格父子(英) 获诺贝尔物理奖
1936年 德拜(英/荷) 获诺贝尔化学奖
1962年 奥森等3人 获诺贝尔生物奖
1964年 霍奇金(英/埃) 获诺贝尔化学奖
– 非晶体：原子无规则排列，不具有长程有序， 如活性氧化铝等
3
了解固体结构的意义
• 决定物质性能的因素除了其分子的化学组 成外，还有相关原子在空间结合成分子或 物质的方式，即结构型式。
• 因此，研究固态物质的内部结构，即原子 排列和分布规律是了解掌握材料性能的基 础，才能从内部找到改善和发展新材料的 途径。
• X射线形貌技术：利用物质对X射线透过吸收能力 的差异分析物质中的异物形态。
– 人体X光透视， X射线探伤
• X射线光谱技术：利用物质中元素被X射线激发所 产生次生特征X射线谱（荧光）的波长和强度分析 物质的化学组成。
– X射线荧光分析，电子探针，离子探针
• X射线衍射技术：利用X射线在晶体、非晶体中衍 射与散射效应, 进行物相的定性和定量分析
1912年，M.Von Laue 以晶体为光栅，发现 了X射线的衍射现象，确定了X射线的电磁波性质。 X射线是种电磁辐射，波长介于紫外与γ射线之间, l=0.01-100A。
1913年，Bragg父子测定了第一个晶体结构 NaCl，提出Bragg方程；发展了X射线的衍射理 论
6
X射线的发现和广泛应用是20世纪科学发展中最伟 大成就之一
• X射线衍射貌相术：研究晶体内部缺陷的分析技术的特点
• X射线来自原子内层电子的跃迁, 谱线简单, 干扰少. • 灵敏度较高, 一般检出限为10-5 – 10-6 g. • 强度测量再现性好. • 分析元素范围广, 浓度范围大, 可从常量组分到痕量杂质都
可进行测量. • 样品不受破坏, 便于进行无损分析. • 可以进行价态的分析. • 易于实现仪器自动化, 分析快速, 准确.
X射线衍射法
X－Ray Diffraction
1
• 6.1 X射线的基础知识 • 6.2 晶体结构 • 6.3 X射线衍射原理 • 6.4 X射线粉末衍射装置 • 6.5 应用
2
固体的结构分析
• 物质的状态：气态、液态、固态 • 固态：晶体、非晶体
– 晶体：原子在空间呈有规则地周期性重复排列， 或者称长程有序，如微孔分子筛晶体
1985年 豪普特曼等2人 获诺贝尔化学奖
…………
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1912年劳埃（Laue）发展了X射线的 衍射理论开创了人类认识物质微观结构 的新纪元
X射线的发现和应用
X射线衍射学 X射线光谱学 结晶化学
固 体物理
结构生物学
8
X射线技术及应用
• X射线分析法(X-ray analysis) 是指以X射线为光源 的一系列分析方法的总和, 包括:
14
1. X射线管
X射线管由阳极靶和阴极 灯丝组成，两者之间作用 有高电压。
当高速运动的热电子碰撞 到阳极靶上突然动能消失 时，电子动能将部分转化 成X射线
封闭式X射线管示意图
15
2. X射线谱
分为：连续(白色)X射线和特征X射线
连续(白色) X射线谱：
由大量的电子射到固体靶面而产生，不同性质的碰撞产生 连续谱。 有的电子在一次碰撞中耗尽能量（产生最短的X射线）； 有的在多次碰撞中丧失全部能量， 碰撞的电子数是大量的，碰撞是随机的，产生连续的不同波 长的X射线，
16
I白色 i Z V2
连续X射线的总能 量随管电流、阳极 靶原子序数和管电 压的增加而增大
随电压增加，X谱线上出现尖峰。尖峰在很窄的 电压范围出现，产生X光的波长范围也很窄。称 为特征X射线(characteristic peaks)
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特征谱的产生
• 当用一个高能量的粒子(电子, 质子等)轰击某物质 时, 若该物质的原子内层电子被轰出电子层, 便在 内层形成空穴, 该空穴会立即被较高能级上的电子 层上的电子所填充, 并发出电磁辐射,这便是特征X 射线.
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6.1 X射线的基础知识
一、X射线的性质
具有波粒二象性： 解释它的干涉与衍射时，把它看成波， 当与其他物质相互作用时，将它看成粒子流，通常称为光子
X射线的强度： 单位时间通过的光子数的多少，与振幅相关
X射线的能量：与频率或波长相关，Planck‘s 定律:
E= h = hc/l
强度与能量的的区别：强度指光子数的多少 能量指每个光子所携带的能量
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特征X射线的命名
• 某层电子被激发，称某系激发。
– 如K层电子被激发，称K系激发。
• 某受激层电子空穴被外层电子填充后所产生的X 射线辐射，称某系辐射，某系谱线或某线系。
– 如外层电子填充K层空穴后产生的X射线称K系辐射，K 系谱线或K线系。