第七章 单晶培养与X射线衍射实验.
单晶实验报告
高级物理化学实验报告实验项目名称:X-射线单晶衍射实验:单晶结构分析及应用学生姓名与学号：指导教师：黄长沧老师成绩评定：评阅教师：日期：2014 年月日X-射线衍射法测定物质结构一. 实验目的1. 学习了解X 射线衍射仪的结构和工作原理。
2. 了解X-射线单晶衍射仪的使用方法。
3. 掌握X 射线衍射物相定性分析的方法及步骤。
二．实验原理根据晶体对X 射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X 射线物相分析法。
利用晶体形成的X 射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。
将具有一定波长的X 射线照射到结晶性物质上时，X 射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X 射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。
利用单晶体对X 射线的衍射效应来测定晶体结构实验方法。
衍射X 射线满足布拉格（W.L.Bragg ）方程：2dsinθ=nλ式中：λ是X 射线的波长；θ是衍射角；d 是结晶面间隔；n 是整数。
波长λ可用已知的X 射线衍射角测定，进而求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。
将求出的衍射X 射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构。
样品X-射线衍射采集的数据采用Crystalclear 程序还原，使用multi-scan 或numberic 方式进行吸收校正。
结构解析使用SHELX-97程序包，用直接法解出。
非氢原子的坐标和各向异性温度因子采用全矩阵最小二乘法进行结构修正。
配合物的氢原子坐标由差傅里叶合成或理论加氢程序找出。
所有或部分氢原子的坐标和各向同性温度因子参加结构计算，但不参与结构精修。
结构分析过程中使用的最小二乘函数、偏离因子、权重偏离因子、权重因子等数学表达式如下：最小二乘函数： Ls ＝1()ncioi i FF =-∑2温度因子：Ueq=1/3∑i∑j U ij αi *.αj *.αi . αj偏离因子：11nci oii noii F F R F==-=∑∑权重偏离因子：()221/221221n i ci oi i noi i w F F wR F ==⎡⎤-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑∑权重因子：()()2122o w F AP BP σ-⎡⎤=++⎣⎦，()222/3o c p F F =+每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。
实验报告 X射线衍射晶体结构
《X 射线衍射晶体结构》实验报告摘要本实验中学生将了解到X 射线的产生、特点和应用；理解X 射线管产生连续X 射线谱和特征X 射线谱的基本原理；用三种个方法研究X 射线在NaCl 单晶上的衍射，并通过测量X 射线特征谱线的衍射角测定X 射线的波长和晶体的晶格常数。
以及通过观察X 射线穿过不同种类及厚度的物质之后的衰减情况被吸收的情况。
引言X 射线最早由德国科学家伦琴在1895年在研究阴极射线发现，具有很强的穿透性，又因x 射线是不带电的粒子流，所以在电磁场中不偏转。
1912年劳厄等人发现了X 射线在晶体中的衍射现象，证实了X 射线本质上是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm 到10–2nm 之间，与晶体中原子间的距离为同一数量级，是研究晶体结构的有力工具。
X 射线是一种波长很短的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
关键词布拉格公式 晶体结构正文实验原理1.布拉格公式：光波经过狭缝将产生衍射现象。
狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小。
对X 射线，由于它的波长在0.2nm 的数量级，要造出相应大小的狭缝观察X 射线的衍射，就相当困难。
冯·劳厄首先建议用晶体这个天然的光栅来研究X 射线的衍射，因为晶体的晶格正好与X 射线的波长属于同数量级。
图4—3显示的是NaCl 晶体中氯离子与钠离子的排列结构。
当入射X 射线与晶面相交θ角时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），那末容易看出，图中两条射线1和2的光程差是DC AC +，即θsin d 2。
当它为波长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长）,2,1n ,n sin d 2=λ=θ 布拉格公式在θ方向射出的X 射线即得到衍射加强。
根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（d 已知）通过测θ角来研究未知X 射线的波长；也可以利用已知X 射线（λ已知）来测量未知晶体的晶面间距。
2. X射线的产生和X射线的光谱实验中通常使用X光管来产生X射线。
晶体X射线衍射实验报告
JADE: Quantitative Analysis fromProfile-FittedPeaks
DATE: Monday, Nov 15, 2010 11:29a
FILE: [ZnCO3+SiO2.raw]
SCAN: 10.0/80.0/0.02/.15(sec), Cu(40kV,250mA), I(max)=3443, 11-19-08 14:49
（8）矿物学名称。右上角的符号标记表示：＊—数据高度可靠；i—已指标化和估计强度，但可靠性不如前者；O—可靠性较差；C—衍射数据来自理论计算。
（9）晶面间距，相对强度和干涉指数。
（10）卡片的顺序号
六、分析与讨论
6.1定性相分析的基本判据：
通常用d（晶面间距表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析的基本判据。定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。
使R值最小的过程就是图谱拟合过程。通过修正晶体结构参数，使拟合函数和由晶体结构计算出来的峰形函数吻合，就是晶体结构参数精密化过程。
三、操作步骤
(1)打开样品文件，并鉴定出物相（Al）。
(2)按下 按钮，软件对图谱进行函数拟合。
(3)拟合过程中，观察R（拟合误差）的变化 ，重复步骤[2]，反复拟合几次，直到R值不再变小。
6.2多相合金样品的物相定性分析中存在的困难：
1.实验测定的衍射数据和粉末衍射卡记载的数据都有误差，这给物相鉴定带来困难。因影响线条强度的因素较位置的因素复杂得多，故在分析时应更更视面间距数据的吻合。
2.当混合物中某相的含量很少时或某相各晶面反射能力很弱时，它的衍射线条可能难于显现因此X射线衍射分析，只能肯定某相的存在，而不能确定某相的不存在在。
单晶实验报告
高级物理化学实验报告实验项目名称:X-射线单晶衍射实验:单晶结构分析及应用学生姓名与学号：指导教师：黄长沧老师成绩评定：评阅教师：日期：2014 年月日X-射线衍射法测定物质结构一. 实验目的1. 学习了解X 射线衍射仪的结构和工作原理。
2. 了解X-射线单晶衍射仪的使用方法。
3. 掌握X 射线衍射物相定性分析的方法及步骤。
二．实验原理根据晶体对X 射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X 射线物相分析法。
利用晶体形成的X 射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。
将具有一定波长的X 射线照射到结晶性物质上时，X 射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X 射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。
利用单晶体对X 射线的衍射效应来测定晶体结构实验方法。
衍射X 射线满足布拉格（W.L.Bragg ）方程：2dsinθ=nλ式中：λ是X 射线的波长；θ是衍射角；d 是结晶面间隔；n 是整数。
波长λ可用已知的X 射线衍射角测定，进而求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。
将求出的衍射X 射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构。
样品X-射线衍射采集的数据采用Crystalclear 程序还原，使用multi-scan 或numberic 方式进行吸收校正。
结构解析使用SHELX-97程序包，用直接法解出。
非氢原子的坐标和各向异性温度因子采用全矩阵最小二乘法进行结构修正。
配合物的氢原子坐标由差傅里叶合成或理论加氢程序找出。
所有或部分氢原子的坐标和各向同性温度因子参加结构计算，但不参与结构精修。
结构分析过程中使用的最小二乘函数、偏离因子、权重偏离因子、权重因子等数学表达式如下：最小二乘函数： Ls ＝1()ncioi i FF =-∑2温度因子：Ueq=1/3∑i∑j U ij αi *.αj *.αi . αj偏离因子：11nci oii noii F F R F==-=∑∑权重偏离因子：()221/221221n i ci oi i noi i w F F wR F ==⎡⎤-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑∑权重因子：()()2122o w F AP BP σ-⎡⎤=++⎣⎦，()222/3o c p F F =+每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。
X射线衍射分析所需单晶的培养
!"#
界面扩散法
如果产物由两种化合物 , 和 - 反 应 生 成， 而这
两种反应 物 又 可 分 别 溶 于 不 同 的 溶 剂 中，可 以 用 “溶剂界面扩散法” 来 获 取 结 晶： 将 , 溶液小心地加 到 - 溶液上， 化学 反 应 将 在 这 两 种 暂 时 分 层 的 溶 液 的接触界面上开始， 晶体就可能在这界面附近先产 生， 当溶液通过界面慢慢扩散进另一种溶液时， 会在 界面附近产生高质量的晶体， 如果结晶速度太快， 可 以利用凝胶体法等技术， 进一步降低扩散速率， 以求 得到较为完美的晶体。 也可用这种 液 . 液 界 面 扩 散 法， 分 别 从 含 #/ 和 01 的无氨培养 基 中 生 长 的 固 氮 菌 突 变 种 23( 中， 纯化出 #/45 蛋白和 0145 蛋 白，培养 出 深 棕 色 的 大 单晶 （最 大 晶 体 的 尺 寸 分 别 为 6 7 )6"" 8 6 7 )6"" 8 。 <=>、 6 7 69"" 和 6 7 +:"" 8 6 7 +:"" 8 6 7 6;""） 0?@ 晶核 #A) 和 &B#A 的 浓 度 对 这 两 种 蛋 白 的 出 晶 时 间、 数目、 晶体大小和形状都有明显的影响。结果表明， 用此结晶法， 有 利 于 #/45 蛋 白 和 0145 蛋 白 生 长 出
（F） 还须注意， 尽量不要让溶剂完全挥发。因为 溶剂完全挥发后， 容易导致晶体相互 “团 聚” 或者沾 染杂质， 不利于获得纯相的晶体。 （9） 析出结晶的溶液， 需是过饱和的溶液。一般 是在加温的情况下 用 适 量 的 溶 剂， 将柱分离得到的
x射线晶体衍射实验报告
x射线晶体衍射实验报告
摘要：
本次实验旨在通过利用X射线晶体衍射实验的方法，研究晶格结构以及其对X射线的衍射现象。
通过实验结果的分析，确定晶体中的晶格常数以及晶体的空间群。
实验结果表明，晶体的晶格常数为XÅ，空间群为xxx。
实验部分：
a.实验原理
根据布拉格定律，晶体中的原子形成的晶格结构会对入射的X 射线发生衍射现象，从而形成一系列角度为θ的衍射峰。
其中，角度θ和晶格的晶格常数a以及入射X射线的波长λ有关系为：
nλ=2a sinθ
因此，通过测量不同角度下的衍射峰位置，可以确定晶格常数以及晶体的空间群。
b.实验步骤
1.准备晶体样品，并制备样品片
2.设置X射线衍射仪的参数，包括X射线波长λ以及探测器的位置θ
3.扫描样品片，记录每个角度下的衍射峰位置
4.利用布拉格定律计算晶格常数以及晶体的空间群类型
实验结果与分析：
通过实验观测，记录了不同角度下的衍射图谱，其中最明显的衍射峰为X度。
通过代入布拉格定律公式中，可计算出晶格常数为XÅ。
并通过借助数据库，可以确定其属于xxx空间群类型。
结论：
本次实验成功地利用X射线晶体衍射方法确定了晶格常数以及
晶体的空间群类型。
同时，实验结果验证了布拉格定律的正确性，对于研究物质的晶体结构以及特性具有重要的意义。
x衍射实验报告
x衍射实验报告X衍射实验报告引言：X衍射是一种重要的物理现象，它在材料科学、生物医学、纳米技术等领域都有广泛应用。
本实验旨在通过观察X射线通过晶体时的衍射现象，探究晶体的结构和性质。
实验过程：1. 实验器材准备本次实验所需器材包括X射线发生器、晶体样品、X射线探测器等。
我们首先检查了这些器材的工作状态并确保它们的正常运行。
2. 准备晶体样品我们选择了一块单晶硅样品作为实验对象。
在实验开始前，我们对样品进行了表面处理，以确保其表面光洁度。
3. 调节X射线发生器为了保证实验的准确性，我们需要调节X射线发生器的参数。
首先，我们选择了适当的电压和电流，以获得合适的X射线强度。
然后，我们调整了X射线的角度和入射方向，以确保X射线能够穿过晶体样品。
4. 观察衍射图样将晶体样品放置在X射线束中，我们开始观察衍射图样。
通过调整探测器的位置和角度，我们逐渐获得了一系列清晰的衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度可以提供有关晶体结构的重要信息。
结果与讨论：1. 衍射峰的位置我们测量了每个衍射峰的位置，并记录下来。
通过对这些数据的分析，我们可以计算出晶体的晶格常数和晶体的结构类型。
这些结果与已知的晶体结构进行比对后发现，我们所使用的单晶硅样品具有面心立方结构。
2. 衍射峰的强度我们还观察到不同衍射峰的强度有所差异。
通过进一步分析，我们发现这些差异与晶体的晶格缺陷有关。
晶格缺陷会导致X射线的散射强度发生变化，从而影响到衍射峰的强度。
3. 衍射图样的对称性我们还注意到，衍射图样在不同方向上具有一定的对称性。
这是由于晶体的结构对X射线的散射产生了对称性的影响。
通过进一步研究对称性的变化，我们可以更深入地了解晶体的结构和性质。
结论：通过本次实验，我们成功观察到了X射线通过晶体时的衍射现象，并获得了有关晶体结构和性质的重要信息。
这些结果对于材料科学和纳米技术的发展具有重要意义。
同时，我们也发现了晶格缺陷和对称性对衍射图样的影响，这为进一步研究提供了思路。
X射线在单晶上的衍射
X 射线在单晶上的衍射一．实验目的1.加深对X 射线单晶衍射、布拉格反射与X 发射谱特点的理解；2.利用NaCl 单晶的布拉格反射，测出钼Mo 靶的X 射线特征谱K α、K β波长；3.学会使用德国莱宝教具公司的55481型X 射线仪与有关的测量软件X-Ray Apparatus 。
二．实验原理 1. X 射线一般特征X 射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm 到10-2nm 之间。
具有很强的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如纸、木料、人体等。
这种肉眼看不见的射线经过物质时会产生许多效应，如能使很多固体材料发生荧光，使照相底片感光以及使空气电离等。
波长越短的X 射线能量越大，叫做硬X 射线，波长长的X 射线能量较低，称为软X 射线。
当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X 射线，这就是X 射线管的结构原理。
X 射线发射谱分为两类：（1）连续光谱，由高速入射电子的轫致辐射引起的；（2）特征光谱，一种不连续的的线状光谱，是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的。
连续光谱的性质和靶材料无关，而特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱，这就是为什么称之为“特征”的原因。
X 射线是电磁波，能产生干涉、衍射等现象。
2.单晶NaCl 的布拉格反射X 射线经过晶体会发生衍射，这种衍射现象可简化为晶面上反射，称为布拉格反射。
NaCl 晶体结构如图1所示。
布拉格反射原理如图2、图3所示。
根据衍射条件，得布拉格公式为：2sin ,1,2,d n n θλ==其中，d 是相邻两晶面间的距离。
λ是入射X 射线的波长，θ是掠射角，即入射X 射线与晶面之间的夹角，是入射线与反射线夹角的一半。
n 是 一个整数，为衍射级次。
图1 NaCl 晶体中氯离子与钠离子的排列结构图2 NaCl 晶体布拉格反射原理图NaCl 晶体界面就是晶面，与此晶面对应的晶面间隔d 已知，为d= 282.01 pm ，若实验上测出掠射角 与衍射级次n ，就可以利用布拉格公式求出钼靶的X 射线的波长。
固体物理学-晶体X射线衍射的实验方法
现衍射极大？并指出在什么样的波长下，能观察到这些衍射极大。
解：
简单正交格子正格基矢：
՜ ՜ ՜
, ,
表示沿三个坐标轴方向的单
位矢量。
Solid State Physics
简单正交格子正格基矢：
其倒格基矢：
倒格矢：
据题意，入射的X射线的波矢
实的抽象，有严格的物理意义。
(2) 倒易点阵是晶体点阵的倒易，不是客观实在，没有特
定的物理意义，纯粹为数学模型和工具。
(3) Ewald球本身无实在物理意义，仅为数学工具。但由
于倒易点阵和反射球的相互关系非常完善地描述了X
射线在晶体中的衍射，故成为有力手段。
(4) 如需具体数学计算，仍要使用布拉格方程。
❖该 球 称 为 反 射 球
（Ewald 球）
Solid State Physics
➢ 入射、衍射波矢的起点
永远处于C点，末端永
远在球面上
S/
➢ 随2的变化，衍射波矢
C
可扫过全部球面。nKh
的起点永远是原点，终
nKh
点永远在球面上
2
nKh
2
2
0
nKh
O
Solid State Physics
4. 反射球球心C与倒易点的连线
即为衍射方向。
hklLeabharlann 2sC
0
O
Solid State Physics
如果没有倒易点落在球面上，则无衍射发生。
为使衍射发生，可采用两种方法。
hkl
2
X射线衍射实验
X 射线布拉格衍射实验一、 实验目的1) 观察用X 射线对NaCl 单晶的Bragg 衍射。
2) 确定X 射线αK 和βK 线的波长。
3) 验证Bragg 衍射定律 4) 明确X 射线的波长的性质。
二、 实验装置德国莱宝教具公司生产的X 射线装置是用微处理器控制的可进行多种实验的小型X 射线装置。
该装置的高压系统、X 光管和实验区域被完全密封起来, 正面装有两扇铅玻璃门,当它们其中任意一扇被打开时会自动切断高压, 具有较大的安全性。
其测量结果通过计算机实时采集和处理, 使用极其方便。
本实验所用装置为554 81X-RAY APPARATUS 。
在X 射线装置中, 左侧上方是控制面板, 其下方是连接面板。
中间是X 光管室, 装有Mo （钼）阳极的X 光管, 其高度可通过底部的调解螺杆进行调整。
右面是实验区域, 如图1所示, 其中左边装有准直器和锆滤片；中间是靶台, NaCl 和LiF 单晶就安装在靶台上；右边是测角器, 松开锁定杆可调整测角器的位 图1 实验区域图置, 端窗型G-M 计数管也安装在测角器上。
X 射线装置的左侧面是主电源开关, 右侧面有一圆形的荧光屏, 它是一种表面涂有荧光物质的铅玻璃平板, 用于在“透照法”实验中观察X 光线, 平时用盖板罩起来以避免损坏荧光物质。
其下方是空通道, 它构成实验区域内外沟通的渠道, 被设计成迷宫, 以不使X 射线外泄。
装置的底部有四个脚, 上方有两个提手柄。
如图2, 是控制面板的示意图。
其中b1是显示位置, 其顶部显示当前计数率, 底部显示所用键的设置参数。
在“耦合”模式下, 靶的角度位置显示在显示区域的底部而顶部则显示传感器的计数率与角度位置。
b2是调节旋钮, 所有的参数设置均通过它来调节。
b3是参数选择区域, 它们是：U （管电压）、I （管电流）、△t （测量时间）、△β（测角器转动的角 步幅）、β（测角器的转动范围, 即上限角和下限角）。
b4扫描模式区域, 共有SENSOR （传感器）、TARGET （靶）和COUPLED （耦合, 即传感器和靶以2：1的方式运动）三种模式, ZERO 按钮用于复位到系统的零位置。
x射线衍射分析实验报告
x射线衍射分析实验报告X射线衍射分析实验报告。
实验目的，通过X射线衍射分析，了解晶体结构的性质和特点，掌握X射线衍射仪器的使用方法，提高实验操作能力。
实验仪器，X射线衍射仪、标本夹、标本台、X射线管、样品旋转台等。
实验原理，X射线衍射是一种通过晶体对入射X射线的衍射现象来研究晶体结构的方法。
当入射X射线照射到晶体上时，晶体中的原子会对X射线进行衍射，形成衍射图样。
通过分析衍射图样的特点，可以推断晶体的晶格结构和晶面间距。
实验步骤：1. 将待测样品放置在X射线衍射仪的标本夹上，固定好。
2. 调整X射线管的位置和角度，使得X射线能够正常照射到样品上。
3. 启动X射线衍射仪，进行衍射图样的采集。
4. 对采集到的衍射图样进行分析，推断样品的晶格结构和晶面间距。
实验结果分析：通过X射线衍射实验，我们成功获取了样品的衍射图样，并进行了分析。
根据衍射图样的特点，我们推断出样品的晶格结构为立方晶系，晶面间距为2.5 Å。
这与样品的实际晶体结构相符，说明X射线衍射分析是一种有效的手段，可以准确地研究晶体结构。
实验总结：通过本次实验，我们深入了解了X射线衍射分析的原理和方法，掌握了X射线衍射仪器的使用技巧。
实验结果表明，X射线衍射分析是一种可靠的手段，可以用于研究晶体结构。
在以后的科研工作中，我们将进一步运用X射线衍射分析技术，深入研究材料的晶体结构和性质，为材料科学领域的发展做出贡献。
结语：通过本次实验，我们对X射线衍射分析有了更深入的了解，也提高了实验操作能力。
希望通过不断的实践和学习，能够更好地运用X射线衍射分析技术，为科学研究做出更多的贡献。
以上就是本次X射线衍射分析实验的实验报告，谢谢阅读。
§7.2X射线单晶衍射法
2019/12/25
谱学导论
2
§7.2 X射线单晶衍射法
h = 0、±1、±2、±3…
2019/12/25
谱学导论
3
§7.2 X射线单晶衍射法
推广到三维
衍射指标 h、k、l 的整数性
决定了衍射方向的分立性
a·（S—So）= h
a（cos—cos o）= h
b·（S—So）= k 或
b（cos—cos o
原子散射因子
2
Ia = Ie f2
Ia=
r
Io (Ze)4 2 (Zm)2 c
（4
1
cos2 2
2
）=IeZ2
0<fZ f=f(sin/)
2019/12/25
谱学导论
11
§7.2 X射线单晶衍射法
2、晶胞衍射强度 原子坐标
晶胞参数
对hkl衍射,晶胞中第j个原子和原点之间光程差是:
j= rj·（S-So）=（xja + yjb + zjc）·（S-So）
Henley Bragg William Lawrence bragg
(1现862代-1晶942体) 学创建者(布189拉0-格197父1)子
1915年获诺贝尔物理奖
年轻的小布拉格经过反复 研究，提出了著名的布拉格公 式，以更简捷的方式，解释了 X射线晶体衍射的机理。这一 关系式证明了能够用X射线来 获取关于晶体结构的信息。 擅长实验的老布拉格于1913年 元月设计出第一台X射线分光 仪，并利用这台仪器，发现了 特征X射线。两人合作成功地 测定了金刚石的晶体结构，并 用劳厄法进行了验证。
Ihkl = K| Fhkl|2=( Ec/Ee)2
Ihkl = KF·F* = K{[ fjcos2（hxj+kyj+lzj）]2
晶体X射线衍射实验报告
中南大学X射线衍射实验报告材料科学与工程学院材料科学专业0906 班级姓名彭园园学号0604090619 同组者战士琛实验日期2011 年10 月31 日指导教师黄继武评阅人评阅日期评分分一、实验目的1)掌握X射线衍射仪的工作原理、操作方法；2)掌握X射线衍射实验的样品制备方法；3)学会X射线衍射实验方法、实验参数设置，独立完成一个衍射实验测试；4)学会MDI Jade 6的基本操作方法；5)学会物相定性分析的原理和利用Jade进行物相鉴定的方法；6)学会物相定量分析的原理和利用Jade进行物相定量的方法。
二、实验原理实验设备设备原理图X射线衍射仪基本组成：X射线发生器，衍射测角仪，辐射探测器，测量电路，控制操作与数据处理计算机系统。
（1）衍射仪的工作原理测角仪的组成：试样台与试样台转动与控制部件，辐射探测器与探测器转动部件，控制电机部件，控制件。
试样台位于测角仪的中心，试样台的中心轴ON与测角仪的中心轴（垂直向上）O垂直。
试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身的中心轴转动。
试样台上的试测角仪的光学布置（3）晶体单色器作用：消除衍射花样的背底和Kβ散射原理：在衍射线光路上安装弯曲晶体单色器。
由试样衍射产生的衍射线（一次衍射线）经光阑系统投射到单色器中的单晶体上，调整单晶体的方位使它的某个高反射本领晶面（高原子密度晶面）与一次衍射线的夹角刚好等于单色器晶体的该晶面对Kα辐射的布拉格角。
由单晶体衍射后发出的二次衍射线就是纯净的与试样衍射线对应的Kα衍射线。
石墨晶体单色器选用石墨单晶体的0002作为反射面。
使用石墨弯曲晶体单色器，对Cu Kα辐射而言，其衍射强度与不用单色器时相比大约降低36%。
实验（2）说明：已知样品中含有Zr与B两种元素，在元素周期表中选择Zr与B两种元素检索；检出第一相为ZrB2，第二相为ZrB。
至此，谱线上所有峰都被一一对应。
2 定量分析结果<图片结果及说明> 实验（2）b a b O Al a O Al abRIR RIR K K K ==3232 )(a b b a a a K I I I W += a b W W -=1说明：检测出ZrB2的含量为67%，ZrB的含量为33%。
单晶X射线衍射实验原理－吴
单晶X射线衍射实验原理吴立一、概述自从1895年德国物理学家伦琴第一次发现X射线以来，经过了一百多年的发展，X射线已经广泛应用于社会的各个领域，其中的X射线晶体衍射技术更是得到了迅猛的发展：1912年劳厄发现了晶体对X射线的“衍射效应”，1913年人类第一次测定了分子的立体结构。
而后，历经80多年的发展，“X射线晶体结构分析”已经成为了一门独立的学科。
一方面，有许多晶体学家继续致力于该学科的纵横发展；另一方面，它已成为数学、物理学、化学、分子生物学、药物学、植物学、地质学、冶金学、材料科学等多学科的汇合点，成为了一门渗透广泛的边缘学科。
X射线晶体衍射已经成为研究有机小分子结构的重要手段，并应用于生物大分子的结构和功能研究领域中。
特别在新药研究中，用晶体X射线衍射测定天然或合成有机药物分子的准确结构已成为必要的环节。
X射线单晶结构分析是利用晶体对X射线的衍射效应，经过第一次傅立叶变换产生了衍射图谱；再通过第二次傅立叶变换完成结构解析，获得有机分子的立体结构图像。
由此可得到：原子在空间的位置，成键原子（离子）的键型及精确键长、键角与二面角值，分子的空间排列（堆积）规律（即对称性），分子的构象特征，分子的绝对构型，分子的几何拓扑学特征等信息。
X射线分析通常可以快速、准确地完成其他物理方法（质谱、核磁共振谱等）不能完满解决的疑难结构（包括大分子结构）问题，并为药物分子计算机辅助设计提供精确、定量的分子立体结构数据。
X射线衍射在测定分子的结构方面对于其它四谱（红外光谱、紫外光谱、质谱与核磁共振谱）的优点就在于其只需要一颗合适的单晶体，就可以不借助其它信息独立给出物质的立体分子结构。
因此获得合适的单晶体是X射线衍射晶体结构分析的第一步，也是关键的一步；而为了得到可适用的单晶体，晶体生长是关键。
本学期在已有的单晶X射线衍射理论知识的基础上，进行了有机小分子化合物的单晶生长实验，掌握了晶体学中最基本的实验技能——晶体生长。
第七章 单晶培养与X射线衍射实验.
常用的准直器是0.5mm，晶体的尺寸太大，就 需要切割，尤其是那些吸收强的晶体，尽可能选用 体积小（0.2~0.3mm）、外观均衡的晶体，以减少 吸收效应
•曝光时间
并非越长越好,一般控制在5至10s,原因是:
背景噪声与曝光时间成正比，随其增加衍射强 度的标准不准确度也会增加
衍射能力强的，曝光时间长会引起衍射强度超出了探测 器的动态范围而引起系统误差
Saintplus：sadabs 吸收校正，产生*m.hkl等文件
Saintplus：xprep→bigxprep 确定晶胞和空间群产生*.ins、*.pcf、*.hkl 文件
Smart：detector→dark current or load dark 测定或设置暗电流
Smart：acquire→edithemi 编辑数据收集方案
Smart：acquire→hemisphere 半球收集数据，产生四套.p4p 文件
Saintplus：saint→initialize、→execute 数据还原校正，产生四套.raw、 和*m._ls、*m.p4p、*m.raw等文件
六、操作过程和产生的文件
Smart：goniom→optical 上晶体、结合VIDEO调中心
Smart：acquire→rotation 初步检查晶体质量、查看衍射情况
Smart：crystal→new or edit or switch project 建立或打开文件
Smart：acquire→matrix 产生matrix0--2.p4p文件，并得到晶胞参数
在用最小二乘法进行精修中，有时使用所谓“σ 截止”，让那些弱衍射，如|Fo|<4σ(|Fo|)的衍射点不 参加精修或不加入计算R因子
X射线衍射晶体结构分析实验报告
X 射线衍射晶体结构2、X 射线在晶体中的衍射光波经过狭缝将产生衍射现象。
狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小。
对X 射线，由于它的波长在0.2nm 的数量级，要造出相应大小的狭缝观察X 射线的衍射，就相当困难。
冯·劳厄首先建议用晶体这个天然的光栅来研究X 射线的衍射，因为晶体的晶格正好与X 射线的波长属于同数量级。
当入射X 射线与晶面相交θ角时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），两条射线的光程差是θsin d 2。
当它为波长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长）,2,1n ,n sin d 2=λ=θ 布拉格（Bragg ）公式在θ方向射出的X 射线即得到衍射加强。
根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（d 已知）通过测θ角来研究未知X 射线的波长；也可以利用已知X 射线（λ已知）来测量未知晶体的晶面间距。
三、实验数据与处理4.50 1.000 06 5.370 1.193 -3.5294213 3.330 0.741 5.99509326 0.963 0.214 30.8355929 0.360 0.080 50.5145740 1.010 2.224 -15.986147 0.690 0.153 37.546353、已知晶体的晶格常数（a0=564.02pm），测定X射线的波X射线衍射图有图得n θ（Kα）θ（Kβ）λ（Kα）λ（Kβ）1 7.1 6.3 69.71 61.892 14.5 12.9 70.61 62.963 22.1 19.5 70.73 62.76平均70.35 62.53667由上表得λ（Kα）/pm λ（Kβ）/pm 经验值71.07 63.08测量值70.35 62.54则它们的相对误差分别为：▽1=（71.07-70.35）/71.07=1.013%▽2=(63.08-62.54)/63.08=0.86%4、已知X射线的波长，测定晶体的晶格晶格常数由X射线衍射图得θsinθ线系n nλa06.3 0.1097 Kβ 1 63.08 575.02287.1 0.1236 Kα 1 71.07 57512.9 0.2232 Kβ 2 126.16 565.23314.5 0.2504 Kα 2 142.14 567.651819.5 0.3338 Kβ 3 189.24 566.926322.1 0.3762 Kα 3 213.21 566.7464平均569.43四、实验总结X射线衍射在各个领域的应用都是相当广泛的，本次实验让我了解了X射线在晶体中衍射的原理，以及X射线的衰减与吸收体物质和吸收体厚度的关系。
x射线单晶衍射实验报告doc
x射线单晶衍射实验报告篇一：晶体X射线衍射实验报告篇二：X射线衍射实验报告X射线衍射实验报告姓名：XXX 专业：有机化学学号：3时间：一、实验目的1. 了解X射线衍射仪的结构；2. 熟悉X射线衍射仪(原文来自：小草范文网:x 射线单晶衍射实验报告)的工作原理；3. 掌握X射线衍射仪的基本操作。
二、实验原理X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。
晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X 射线的强度增强或减弱。
由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。
满足衍射条件，可应用布拉格公式：2dsinθ=λ应用已知波长的X射线来测量θ角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量θ角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。
三、仪器组成X射线衍射仪的基本构造原理图, 主要部件包括4部分。
X射线衍射仪电路图（1）高稳定度X射线源提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。
（2）样品及样品位置取向的调整机构系统样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。
（3）射线检测器检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
（4）衍射图的处理分析系统现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。
四、实验步骤1）开启循环水系统：将循环水系统上的钥匙拧向竖直方向，打开循环水上的控制器开关ON，此时界面会显示流量，打开按钮RUN即可。
调节水压使流量超过3.8L/min，如果流量小于3.8L/min，高压将不能开启。
2）开启主机电源：打开交流伺服稳压电源，即把开关扳到ON的位置，然后按开关上面的绿色按钮FAST START, 此时主机控制面板上的“stand by”灯亮。
X射线单晶衍射法
晶体结构的对称性
晶体结构的对称性涉及下面几个方面的内容： ⑴晶体结构中可能存在的对称元素 ⑵晶胞 ⑶晶系 ⑷空间点阵型式 ⑸晶体学点群 ⑹空间群 ⑺点阵点、直线点阵和平面点阵的指标
晶体结构中可能存在的对称元素
晶体的点阵结构使晶体的对称性跟分子的对称性有一定的 差别： 晶体的对称性除了具有分子对称性的4种类型的对称操作和 对称元素外，还具有与平移操作有关的3种类型的对称操作和对 称元素。 (1) . 旋转轴--旋转操作 (2) . 镜面--反映操作 (3) . 对称中心--反演操作 (4) . 反轴--旋转反演操作 (5) . 点阵--平移操作 (6) . 螺旋轴--螺旋旋转操作 (7) . 滑移面--反演滑移操作
The 14 possible BRAVAIS LATTICES {note that spheres in this picture represent lattice points, not atoms!}
Crystal Classes
Crystal system Unit cell shape Essential symmetry Space lattices Cubic
Hexagonal
A=b≠c a=g=90 b=120
One threefold axis
P
Trigonal
A=b≠c a=g=90 b=120
One threefold axis
P
a=b=c a=b=g≠90
One threefold axis
R
Monoclinic
a≠b≠c a=b=90 g≠90
晶体结构的基本重复单位是晶胞，只要 将一个晶胞的结构剖析透彻，整个晶体结构 也就掌握了。
晶胞:
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5.水热法或溶剂热法 (hydrothermal method and solvothermal method)
特别难溶的化合物可用此法，重要的技巧是 控制好温度
6. 升华法(sublimation) 能长出好的晶体，但应用较少。
二、晶体的挑选和安置
•准直器与晶体的大小
常用的准直器是0.5mm，晶体的尺寸太大，就 需要切割，尤其是那些吸收强的晶体，尽可能选用 体积小（0.2~0.3mm）、外观均衡的晶体，以减少 吸收效应
•曝光时间
并非越长越好,一般控制在5至10s,原因是:
背景噪声与曝光时间成正比，随其增加衍射强 度的标准不准确度也会增加
衍射能力强的，曝光时间长会引起衍射强度超出了探测 器的动态范围而引起系统误差
措施： 干净光滑的器皿 合适的溶剂
适宜的温度
清洁稳固的环境
2. 溶液界面扩散法（liquid diffusion)
两种方法：
A、B分别为两种反应物溶于两种
不同的溶剂所形成的溶液
··A···
B
A或B为待结晶化合物的溶液，而
另一为惰性溶剂
3. 蒸汽扩散法（vapor diffusion)
BA
···
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
·A··B
一般说，球形优于立方形，优于针状，优于扁 平形。
2．晶体的安置
通常也叫粘晶体，安置前一般最好先要观察其 是否稳定。首先，将晶体用胶液粘在玻璃毛上：
晶体的安置方法
a
b
c
d
a 将晶体粘在玻璃毛上的正确做法
b 将晶体上包上一层胶等保护晶体 c 将晶体装在密封的毛细玻璃管中
d 将晶体粘在玻璃毛上的不正确做法
第七章 单晶培养 与X-射线衍射实验
一、单晶的培养
晶体的生长和质量主要依赖于晶核形成和生 长的速率
晶核形成的快就会形成大量微晶，并易出现晶体团 聚
生长的速率太快会引起晶体出现缺陷
为了避免这两个问题常需“摸索”和“运气”
1. 溶液里晶体的生长
最常用的方法: 冷却或蒸发化合物的饱和溶液
要点：缓慢结晶、不能让溶剂完全挥发
A、B分别为两种对目标物溶解度不同的溶剂， 目标物溶解于溶解度大的A中，溶解度小的溶剂B 的蒸汽慢慢扩散A中，降低目标物的溶解度，使 之不断结晶出来
4. 凝胶扩散法(diffusion)
A
A
B
A
B
· ·
B
a
b
c
或将反应物之一置于凝胶中，另一种的溶液 进行扩散（a）；或将两种反应物制成溶液，从不 同方向向凝胶中扩散（b、c）
然后将粘好的晶体安置到测角头上，再装到测角 仪的相应位置上。
最后要把晶体的重 心和衍射仪的中心调至 重合。
三、数据的收集
1．面探测器衍射仪的原理
X-射线面探器，是电荷藕合器件探测器(charge coupled device detector)，简称CCD探测器
原理如同电视摄像机或数码照相机，不过其含有 薄膜磷光材料，被X射线激活后，可发射可见荧光， 磷光材料通过光学纤维与CCD芯片耦连，从而这些 荧光经过电子器件快速地转化为衍射强度相应的数 字信号，供计算机直接处理
CCD安装在保留θ园的转动装置上，样品装在保
留φ、ω园的转动装置上（χ园固定），以便驱动它们
通过相对转动，对X射线的散射形成的各种取向曝光
2．面探测器的数据收集
基本程序是：首先旋转照相----查看晶体的 质量；接着测晶胞参数；最后收集数据
收集数据时必须考虑的可变参数有：晶体与探 测器间的距离、每次曝光过程中晶体转动的角度、 扫描角度、晶体与准直器内径的大小、曝光时间、 收集数据的范围和扫描方式等。一般说仪器缺省 值可满足大部分要求
四、数据的还原与校正
收集完数据后，必须进行还原和校正以产生|Fo|， 以便在解结构时与计算的|Fc|值相比较 1. Lp校正
当电磁波被一平面反射时，与该平面平行的分量 不变，而垂直分量强度减少为cos22θ的倍数 因此，偏极化因子p为：
p = 1 + cos22θ
又因为不同的衍射点在不同的衍射位置停留的 时间不同，产生了一个与角度有关的效应，它可以 用洛伦兹因子L加以校正:
1．晶体的挑选
必须选择在同一晶核上长成的单晶体。能够 满足单晶结构分析的晶体，须达到如下标准：
1）单晶的外貌
品质好的晶体，应该外形规整，有光泽的表面， 颜色和透明度一致，没有裂缝和瑕疵。
应该是一个完整的个体，不应有小卫星晶体 或微晶粉末附着。
不是孪晶。
2）单晶的大小
大小是一个重要因素。理想的尺寸取决于：晶 体的衍射能力和吸收效应程度（决定于晶体所含元 素的种类和数量）；所用射线的强度和探测器的灵 敏度（仪器的配置）
•晶体与探测器的距离d
d值在45mm~55mm之间就可满足大部分要 求，一般都是固定在50mm
d值太小，衍射点太密，会重叠，背景噪声 也会增加；太大，记录的衍射强度会降低
•扫描角度
通常讲，越小越好，超过1°就很难解出结构来， 但太小会太费机时，可在0.2°到0.6°之间选择，仪 器缺省值是0.3 °
L = 1/sin2θ
通常，将两种效应一起考虑，称为Lp校正：
Lp = （1 + cos22θ）/ sin2θ
2. 标准不准确度 由于计数器所进行的衍射强度测量是基于对X射
线光量子的计数，存在统计误差，也叫标准不准确 度，可简单地由计数数目的平方根给出：
(Z) Z
因此 ，计数数目越大，绝对标准不准确度也越 大，不过相对误差σ(I)却变小
吸收较强的,曝光时间长会影响吸收校正的效果 还会引起晶体的放射性衰变；另外还会增加机时
体积小、晶胞大、衍射能力弱的晶体，可适当 增加曝光时间，但更长的曝光时间并不能显著提高 衍射数据的质量，所以应尝试培养大晶体
•收集数据的范围
CCD一般设置半球收集，可以轻而易举地收集 大量的富余的衍射点，即等效点或同个衍射点被反 复收集。可在还原时，尽量还原所有的数据，解结 构时再根据数据的质量选择合适角度的数值
光源所带的准直器的内径决定了X射线强度一致 区域的大小，晶体的尺寸一般不能超过准直器的内 径（常用的为0.5~0.6mm）。对于CCD，晶体合适的 尺寸是：纯有机物0.3~0.7mm，金属配合物或金属有 机物0.15~0.5mm，纯无机物0.1~0.3mm
要选三个方向尺寸相近的（否则对衍射的吸收 有差别），过大的可以用解剖刀切割，切割时要用 惰性油或凡士林