X射线衍射法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1913年英国布拉格父子（W.H.bragg＆W.L.Bragg) 建立了布拉格公式。 解释了劳厄斑点，并能用于对晶体结构的研究。
29
布拉格父子认为： 当能量很高的X射线射到晶体各层面的原子时，原 子中的电子将发生强迫振荡，向周围发射同频率的电磁波， 即产生了电磁波的散射，而每个原子则是散射的子波波源； 劳厄斑正是散射的电磁波的叠加。
物相定量分析方法有：内标法、外标法、绝热法、增量法等 常规分析方法。 内标法是最经典的定量物相分析方法。即在被测的粉末试样中 加入一种含量恒定的标准物质制成复合试样，通过测定复合试 样中待测向的某一衍射强度与内标物质某一衍射线强度之比， 测定待测相的含量。
47
2、晶胞参数的测
定
1、晶胞常数与物理性能的关系： 晶胞常数是晶体物质的重要参数，晶体材料中原子键合力、 密度、固溶体类型、固溶度及宏观应力、固态相变、热膨胀系数等， 都与点阵常数的变化密切相关。通过点阵常数的变化可揭示这些问 题的本质和变化规律。 2、变化特点： 这类变化通常仅在10-5nm数量级下，通常的测量条件下， 这种微小的变化被实验误差所掩盖。因此，必须对点阵常数进行精 确测定。
31
布拉格方程
如图所示，设一束波长为λ 的平行Ｘ射线以角度θ 照射到晶体中晶面指数为（hkl）的各原子面上，各 原子面产生反射。
32
实际工作中所测的角度不是角，而是2 。
2角是入射线和衍射线之间的夹角，习惯上称 2角为衍射角，称为Bragg角，或衍射半角。
33
关于Bragg方程的讨论
41
粉末衍射卡（简称ASTM或PDF卡）卡片的形式如图所示
42
1栏：卡片序号。 2栏： 1a、1b、1c是最强、次强、再次强三强线的面 间距。 2a、2b、2c、2d分别列出上述各线条以最强线 强度(I1)为100时的相对强度I/I1。 3栏： 1d是试样的最大面间距和相对强度I/I1 。 4栏：物质的化学式及英文名称 5栏：测样时的实验条件。 6栏：物质的晶体学数据。 7栏：光学性质数据。 8栏：试样来源、制备方式、测样温度等数据 9栏：面间距、相对强度及密勒指数。
5、DNA双螺旋结构的发现
1953年，英国科学家沃森等利用X射线衍射技术成功揭示了 DNA分子具有双螺旋结构，获得了1962年诺贝尔医学奖。
（ a） （ b）
图4 （a）DNA结构发现者克里克和沃森 （b）DNA双螺旋结构
7
6、X射线衍射分析技术的现状
自劳厄证实了X射线衍射效应以及Bragg父子提 出Bragg方程 以来，X射线衍射分析技术至今已有显著 发展，已成为固体晶体结构分析的最重要而基本的测 试手段，广泛应用于：
37
常用的衍射方法
方法
Laue法
变化
固定
转晶法
粉末法
固定
固定
变化
变化
X射线粉末衍射法已成为催化、材料科学及矿 物研究中常用的实验手段。
38
四、X射线衍射的应用
定性物相分析 物相分析
定量物相分析
晶胞参数的测定 X射线衍射应用
结晶度的测定
结晶尺寸的测定
39
1、物相分
析
（1）定性物相分析
基本原理：每种晶体物质有其唯一对应的衍射花 样（衍射图谱）。当试样中包含两种或者两种以上的结晶 物质时，它们的衍射花样将同时出现，而不会相互干涉。 具体方法：将每种物质的衍射花样或衍射图谱数据 化，将各条衍射线的衍射角换算为晶面间距，并确定每条 衍射线的相对强度，建立每种晶体物质的衍射数据标准卡 片。进行物相分析时，对待分析试样的衍射花样或图谱， 同样将各条衍射线的衍射角换算为晶面间距，并确定每条 衍射线的相对强度，与标准卡片比较进行分析。
20
Mo靶X射光管产生的特征X射线谱（39kV）
Kα
I
Kβ
连续谱
特征谱
/A
o
21
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。
图2 （a）Max von Laue
（b）晶体的X射线衍射图像
5
4、布拉格方程的提出
1913-1914年，英国物理学家Bragg父子利用X射线成功测定 了NaCl晶体的结构并提出了Bragg方程，共同获得1915年的诺贝 尔物理学奖。
n 2d sin
图3 （a）Bragg 父子
6 （b）NaCl晶
测角仪示意图
24
3、探测器
其作用是接收样品产生的衍射线强度，通常将其转化为 电信号；常用的探测器有闪烁计数器、正比计数器等。
25
三、X 射线衍射原理
1、 光的衍射现象
S
?
缝宽
a~
光可绕过障碍物前进，并在障碍物后方形成明暗 相间的衍射条纹。
26
2、晶体的x射线衍射
光栅衍射： 光栅为一系列等宽狭缝，由物理光学可知,若 光的波长与衍射光栅宽度非常接近时, 可发生 衍射的现象，得到一系列明暗相间的条纹。 劳厄的想法：
X射线衍射法
X－Ray Diffraction
1
目 Contents 录
02
01
X射线的简介
X射线衍射仪
03
04
X射线衍射原理
X射线的应用
一、X射线简介
1、X射线的性质
x射线是一种具有较短波长的高能电磁波，由原子 内层轨道中电子跃迁或高能电子减速所产生。X射线的 波长范围为0.01nm~10nm，介于紫外线和γ射线之间， 并有部分重叠峰。 x射线是一种本质与可见光相同的电磁波，具有类 似于可见光、电子、质子、中子等的性质——波粒二 象性。x射线显示波动性时，有一定的频率和波长，表 现出衍射现象。 x射线与可见光相比，除具有波粒二象性的共性之 外，还因其波长短、能量大而显示其特性：①穿透能 力强；②折射率几乎等于1；③透过晶体时发生衍射。
化学领域；
材料的制备、改性及加工领域；
矿物成份分析； 生物、医学领域； 其他领域；
8
二、X射线衍射仪
X射线衍射仪结构框图
X射线管、滤光片、样品台、测角仪、检测器及记录系统等
9
X 射线衍射仪外形结构
10
1、X射线管
封闭式X射线管示意图
11
X射线管的结构 :
封闭式X射线管实质上就是一个大的真空 5 7 10 ~ 10 mmHg （ ）二极管。 基本组成包括： (1)阴极：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极：靶，是使电子突然减速和发射X射线的 地方。 (3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方， 正是从这块面积上发射出X射线。
sin / d 1 2
要产生衍射，必须满足:d > /2 对于一定波长的X射线，晶体中能产生衍射的
晶面数是有限的。
对于一定晶体而言，在不同波长的X射线下，
能产生衍射的晶面数是不同的。
35
(3) 布拉格方程是 X 射线在晶体产生衍射的 必要条件而非充分条件。 有些情况下晶体虽然满足布拉格方程，
(1) X射线衍射与可见光反射的差异
可见光在任意入射角方向 均能产生反射，
晶面
X 射线则只能在有限的布拉
格角方向才产生反射。
d
源自文库
d
A B C
d
34
(2)入射线波长与面间距关系
晶体是质点按周期性排列构成的固体物质。
因原子面间距与入射X射线波长数量级相当， 那么晶体可以当作是X射线的三维衍射光栅,这 就是最早的X射线衍射。 在X射线一定的情况下，根据衍射的花样可以 分析晶体的性质。
27
1912年德国物理学家劳厄做出了晶体的X射线衍射 实验
28
3、 晶体衍射原理（Bragg方程）
43
物相定性分析的基本步骤： （1）制备待分析物质样品 （2）用衍射仪法或照相法获得样 品衍射花样 （3）检索PDF卡片 （4）核对PDF卡片与物相判定
44
45
46
（2）定量物相分析
定量物相分析是根据多相试样中各相物质的衍 射线的强度来确定各相物质的相对含量。 基本原理：多相混合物中某一相的衍射强度， 随该相的相对含量的增加而增加，呈某种函数关系。如 果用实验测量或理论分析等办法确定了该函数关系，就 能从实验测的的强度计算出该相的含量。
40
PDF卡片 1969年起，由ASTM和英、法、加拿大等国家 的有关协会组成国际机构的“粉末衍射标准联合 委员会”，负责卡片的搜集、校订和编辑工作， 所以，以后的卡片成为粉末衍射卡（the Powder Diffraction File），简称PDF卡，或称JCPDS卡 （the Joint Committee on Powder Diffraction Standarda）。
但不一定出现衍射线，即所谓系统消光。
36
布拉格方程的应用
2dsinθ = nλ
在实际工作中有两种使用此方程的方法:
1、已知λ ，在实验中测定θ ，计算d可以确定晶体的周 期结构，这是所谓的晶体结构分析(X射线衍射)。 2、已知d，在实验中测定θ ，计算出λ ，可以研究产生X 射线特征波长，从而确定该物质是由何种元素组成的， 含量多少。这种方法称为X射线波谱分析(X射线荧光)
30
两束周期, 振幅相同的波从同一点出发,由于它们 的位相不同, 可能产生如下现象:
• 两个波相位同步, 周期未变, 只 是振幅是两者之和, 这是衍射图 象最明亮的部分. • 两个波相位相反, 振幅互相抵消, 这是衍射图象最黑暗的部分. • 两个波相位处于上述两者之间, 两波叠加有时增加, 有时减弱, 这是衍射图象的其他部分.
当电子填空穴前处于近邻，次近邻，···电子 层，则在对应谱线名称下方标上α , β , γ 。
22
特征X射线的产生示意图
23
2、X射线测角系统
测角仪内外圆可分别绕中心轴转动；测试过程样品台固 定于测角仪内圆，通过圆周转动改变入射线的入射角； 计数器固定于外圆，与样品转动同步测定对应角度上的 衍射强度。
7
2
1-高压变压器;2-钨丝变压器； 3-X射线管；4-阳极； 5-阴极；6-电子；7-X射线
常规的X射线产生装置
15
3. 在其运动的路径上设置 一个障碍物使电子突然减速 或停止。
3
6 4
1
5
4. 真空---把阴极和阳极 密封在真空度高于10-3Pa的 真空中，保持两极洁净并使 加速电子无阻地撞击到阳极 靶上。
12
13
X射线产生原理：
高速运动的电子与物体碰撞时， 发生能量转换，电子的运动受阻失去动 能，其中一小部分（1％左右）能量转 变为X射线，而绝大部分（99％左右） 能量转变成热能使物体温度升高。
14
X射线产生条件:
1
1. 产生自由电子---电子 源，如加热钨丝产生热电子
4
3 6 5
2. 使电子作定向的高速运 动 --- 施加在阳极和阴极 （钨丝）间的电压
18
不同加速电压下由金属钨产生的连续X射线谱
19
特征X射线谱
原子可看成是由原子核及绕核运动的电子组成。 电子分布在不同能级的壳层上，离核最近的K层能量 最低，其次是L、M、N等能级逐渐增高。 特征谱是若干波长一定而强度很大的x射线谱。 特征谱的产生与靶材中原子结构及原子内层电子跃 迁过程有关。当高速运动的电子击靶时，具有高能 量的电子深入到靶材的原子中，激出原子内层电子， 而使原子处于不稳定的激发态，为使原子恢复至稳 定的低能态，邻近的电子立即自发地填其空穴，同 时伴随多余能量的释放，产生波长确定的x射线，其 x射线的频率和能量由原子跃迁前后的电子能级（E2 和E1）决定，即
7
2
1-高压变压器;2-钨丝变压器； 3-X射线管；4-阳极； 5-阴极；6-电子；7-X射线
常规的X射线产生装置
16
X射线谱
连续X射线谱
X射线谱
特征X射线谱
17
连续X射线谱
连续谱是从某个最短波长（λ min）开始，强度随波长 连续变化的线谱。产生连续谱的机理是：当高速运动的电子击 靶时，电子穿过靶材原子核附近的强电场时被减速。电子减少 的能量（Δ E）转化为所发射x射线光子能量（hυ ），即hυ = Δ E。这种过程是一种量子过程。 在连续谱中，峰值对应的波长约为1.5λ min。当x射线 管电流不变时，随管电压提高，λ min向短波方向移动，且连续 谱强度也随之增加。 连续x射线谱只有在x射线的劳厄照相法中才用，在其 他方法中均用单色x射线作为光源，连续谱的存在只能造成不希 望有的背景，通常用滤波片或晶体单色器将其去除。
3
2、X 射线的发现
1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线过程中偶 然发现了X射线，因而获得首届诺贝尔物理学奖（1901年）。
图1 （a）Wilhelm Conrad Roentgen （b）透过X射线的手像
4
3、X射线衍射现象的发现
1912年，物理学家劳厄发现了晶体X射线衍射现象，证明了 X射线具有波动属性，获得诺贝尔物理学奖（1914年）。
29
布拉格父子认为： 当能量很高的X射线射到晶体各层面的原子时，原 子中的电子将发生强迫振荡，向周围发射同频率的电磁波， 即产生了电磁波的散射，而每个原子则是散射的子波波源； 劳厄斑正是散射的电磁波的叠加。
物相定量分析方法有：内标法、外标法、绝热法、增量法等 常规分析方法。 内标法是最经典的定量物相分析方法。即在被测的粉末试样中 加入一种含量恒定的标准物质制成复合试样，通过测定复合试 样中待测向的某一衍射强度与内标物质某一衍射线强度之比， 测定待测相的含量。
47
2、晶胞参数的测
定
1、晶胞常数与物理性能的关系： 晶胞常数是晶体物质的重要参数，晶体材料中原子键合力、 密度、固溶体类型、固溶度及宏观应力、固态相变、热膨胀系数等， 都与点阵常数的变化密切相关。通过点阵常数的变化可揭示这些问 题的本质和变化规律。 2、变化特点： 这类变化通常仅在10-5nm数量级下，通常的测量条件下， 这种微小的变化被实验误差所掩盖。因此，必须对点阵常数进行精 确测定。
31
布拉格方程
如图所示，设一束波长为λ 的平行Ｘ射线以角度θ 照射到晶体中晶面指数为（hkl）的各原子面上，各 原子面产生反射。
32
实际工作中所测的角度不是角，而是2 。
2角是入射线和衍射线之间的夹角，习惯上称 2角为衍射角，称为Bragg角，或衍射半角。
33
关于Bragg方程的讨论
41
粉末衍射卡（简称ASTM或PDF卡）卡片的形式如图所示
42
1栏：卡片序号。 2栏： 1a、1b、1c是最强、次强、再次强三强线的面 间距。 2a、2b、2c、2d分别列出上述各线条以最强线 强度(I1)为100时的相对强度I/I1。 3栏： 1d是试样的最大面间距和相对强度I/I1 。 4栏：物质的化学式及英文名称 5栏：测样时的实验条件。 6栏：物质的晶体学数据。 7栏：光学性质数据。 8栏：试样来源、制备方式、测样温度等数据 9栏：面间距、相对强度及密勒指数。
5、DNA双螺旋结构的发现
1953年，英国科学家沃森等利用X射线衍射技术成功揭示了 DNA分子具有双螺旋结构，获得了1962年诺贝尔医学奖。
（ a） （ b）
图4 （a）DNA结构发现者克里克和沃森 （b）DNA双螺旋结构
7
6、X射线衍射分析技术的现状
自劳厄证实了X射线衍射效应以及Bragg父子提 出Bragg方程 以来，X射线衍射分析技术至今已有显著 发展，已成为固体晶体结构分析的最重要而基本的测 试手段，广泛应用于：
37
常用的衍射方法
方法
Laue法
变化
固定
转晶法
粉末法
固定
固定
变化
变化
X射线粉末衍射法已成为催化、材料科学及矿 物研究中常用的实验手段。
38
四、X射线衍射的应用
定性物相分析 物相分析
定量物相分析
晶胞参数的测定 X射线衍射应用
结晶度的测定
结晶尺寸的测定
39
1、物相分
析
（1）定性物相分析
基本原理：每种晶体物质有其唯一对应的衍射花 样（衍射图谱）。当试样中包含两种或者两种以上的结晶 物质时，它们的衍射花样将同时出现，而不会相互干涉。 具体方法：将每种物质的衍射花样或衍射图谱数据 化，将各条衍射线的衍射角换算为晶面间距，并确定每条 衍射线的相对强度，建立每种晶体物质的衍射数据标准卡 片。进行物相分析时，对待分析试样的衍射花样或图谱， 同样将各条衍射线的衍射角换算为晶面间距，并确定每条 衍射线的相对强度，与标准卡片比较进行分析。
20
Mo靶X射光管产生的特征X射线谱（39kV）
Kα
I
Kβ
连续谱
特征谱
/A
o
21
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。
图2 （a）Max von Laue
（b）晶体的X射线衍射图像
5
4、布拉格方程的提出
1913-1914年，英国物理学家Bragg父子利用X射线成功测定 了NaCl晶体的结构并提出了Bragg方程，共同获得1915年的诺贝 尔物理学奖。
n 2d sin
图3 （a）Bragg 父子
6 （b）NaCl晶
测角仪示意图
24
3、探测器
其作用是接收样品产生的衍射线强度，通常将其转化为 电信号；常用的探测器有闪烁计数器、正比计数器等。
25
三、X 射线衍射原理
1、 光的衍射现象
S
?
缝宽
a~
光可绕过障碍物前进，并在障碍物后方形成明暗 相间的衍射条纹。
26
2、晶体的x射线衍射
光栅衍射： 光栅为一系列等宽狭缝，由物理光学可知,若 光的波长与衍射光栅宽度非常接近时, 可发生 衍射的现象，得到一系列明暗相间的条纹。 劳厄的想法：
X射线衍射法
X－Ray Diffraction
1
目 Contents 录
02
01
X射线的简介
X射线衍射仪
03
04
X射线衍射原理
X射线的应用
一、X射线简介
1、X射线的性质
x射线是一种具有较短波长的高能电磁波，由原子 内层轨道中电子跃迁或高能电子减速所产生。X射线的 波长范围为0.01nm~10nm，介于紫外线和γ射线之间， 并有部分重叠峰。 x射线是一种本质与可见光相同的电磁波，具有类 似于可见光、电子、质子、中子等的性质——波粒二 象性。x射线显示波动性时，有一定的频率和波长，表 现出衍射现象。 x射线与可见光相比，除具有波粒二象性的共性之 外，还因其波长短、能量大而显示其特性：①穿透能 力强；②折射率几乎等于1；③透过晶体时发生衍射。
化学领域；
材料的制备、改性及加工领域；
矿物成份分析； 生物、医学领域； 其他领域；
8
二、X射线衍射仪
X射线衍射仪结构框图
X射线管、滤光片、样品台、测角仪、检测器及记录系统等
9
X 射线衍射仪外形结构
10
1、X射线管
封闭式X射线管示意图
11
X射线管的结构 :
封闭式X射线管实质上就是一个大的真空 5 7 10 ~ 10 mmHg （ ）二极管。 基本组成包括： (1)阴极：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极：靶，是使电子突然减速和发射X射线的 地方。 (3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方， 正是从这块面积上发射出X射线。
sin / d 1 2
要产生衍射，必须满足:d > /2 对于一定波长的X射线，晶体中能产生衍射的
晶面数是有限的。
对于一定晶体而言，在不同波长的X射线下，
能产生衍射的晶面数是不同的。
35
(3) 布拉格方程是 X 射线在晶体产生衍射的 必要条件而非充分条件。 有些情况下晶体虽然满足布拉格方程，
(1) X射线衍射与可见光反射的差异
可见光在任意入射角方向 均能产生反射，
晶面
X 射线则只能在有限的布拉
格角方向才产生反射。
d
源自文库
d
A B C
d
34
(2)入射线波长与面间距关系
晶体是质点按周期性排列构成的固体物质。
因原子面间距与入射X射线波长数量级相当， 那么晶体可以当作是X射线的三维衍射光栅,这 就是最早的X射线衍射。 在X射线一定的情况下，根据衍射的花样可以 分析晶体的性质。
27
1912年德国物理学家劳厄做出了晶体的X射线衍射 实验
28
3、 晶体衍射原理（Bragg方程）
43
物相定性分析的基本步骤： （1）制备待分析物质样品 （2）用衍射仪法或照相法获得样 品衍射花样 （3）检索PDF卡片 （4）核对PDF卡片与物相判定
44
45
46
（2）定量物相分析
定量物相分析是根据多相试样中各相物质的衍 射线的强度来确定各相物质的相对含量。 基本原理：多相混合物中某一相的衍射强度， 随该相的相对含量的增加而增加，呈某种函数关系。如 果用实验测量或理论分析等办法确定了该函数关系，就 能从实验测的的强度计算出该相的含量。
40
PDF卡片 1969年起，由ASTM和英、法、加拿大等国家 的有关协会组成国际机构的“粉末衍射标准联合 委员会”，负责卡片的搜集、校订和编辑工作， 所以，以后的卡片成为粉末衍射卡（the Powder Diffraction File），简称PDF卡，或称JCPDS卡 （the Joint Committee on Powder Diffraction Standarda）。
但不一定出现衍射线，即所谓系统消光。
36
布拉格方程的应用
2dsinθ = nλ
在实际工作中有两种使用此方程的方法:
1、已知λ ，在实验中测定θ ，计算d可以确定晶体的周 期结构，这是所谓的晶体结构分析(X射线衍射)。 2、已知d，在实验中测定θ ，计算出λ ，可以研究产生X 射线特征波长，从而确定该物质是由何种元素组成的， 含量多少。这种方法称为X射线波谱分析(X射线荧光)
30
两束周期, 振幅相同的波从同一点出发,由于它们 的位相不同, 可能产生如下现象:
• 两个波相位同步, 周期未变, 只 是振幅是两者之和, 这是衍射图 象最明亮的部分. • 两个波相位相反, 振幅互相抵消, 这是衍射图象最黑暗的部分. • 两个波相位处于上述两者之间, 两波叠加有时增加, 有时减弱, 这是衍射图象的其他部分.
当电子填空穴前处于近邻，次近邻，···电子 层，则在对应谱线名称下方标上α , β , γ 。
22
特征X射线的产生示意图
23
2、X射线测角系统
测角仪内外圆可分别绕中心轴转动；测试过程样品台固 定于测角仪内圆，通过圆周转动改变入射线的入射角； 计数器固定于外圆，与样品转动同步测定对应角度上的 衍射强度。
7
2
1-高压变压器;2-钨丝变压器； 3-X射线管；4-阳极； 5-阴极；6-电子；7-X射线
常规的X射线产生装置
15
3. 在其运动的路径上设置 一个障碍物使电子突然减速 或停止。
3
6 4
1
5
4. 真空---把阴极和阳极 密封在真空度高于10-3Pa的 真空中，保持两极洁净并使 加速电子无阻地撞击到阳极 靶上。
12
13
X射线产生原理：
高速运动的电子与物体碰撞时， 发生能量转换，电子的运动受阻失去动 能，其中一小部分（1％左右）能量转 变为X射线，而绝大部分（99％左右） 能量转变成热能使物体温度升高。
14
X射线产生条件:
1
1. 产生自由电子---电子 源，如加热钨丝产生热电子
4
3 6 5
2. 使电子作定向的高速运 动 --- 施加在阳极和阴极 （钨丝）间的电压
18
不同加速电压下由金属钨产生的连续X射线谱
19
特征X射线谱
原子可看成是由原子核及绕核运动的电子组成。 电子分布在不同能级的壳层上，离核最近的K层能量 最低，其次是L、M、N等能级逐渐增高。 特征谱是若干波长一定而强度很大的x射线谱。 特征谱的产生与靶材中原子结构及原子内层电子跃 迁过程有关。当高速运动的电子击靶时，具有高能 量的电子深入到靶材的原子中，激出原子内层电子， 而使原子处于不稳定的激发态，为使原子恢复至稳 定的低能态，邻近的电子立即自发地填其空穴，同 时伴随多余能量的释放，产生波长确定的x射线，其 x射线的频率和能量由原子跃迁前后的电子能级（E2 和E1）决定，即
7
2
1-高压变压器;2-钨丝变压器； 3-X射线管；4-阳极； 5-阴极；6-电子；7-X射线
常规的X射线产生装置
16
X射线谱
连续X射线谱
X射线谱
特征X射线谱
17
连续X射线谱
连续谱是从某个最短波长（λ min）开始，强度随波长 连续变化的线谱。产生连续谱的机理是：当高速运动的电子击 靶时，电子穿过靶材原子核附近的强电场时被减速。电子减少 的能量（Δ E）转化为所发射x射线光子能量（hυ ），即hυ = Δ E。这种过程是一种量子过程。 在连续谱中，峰值对应的波长约为1.5λ min。当x射线 管电流不变时，随管电压提高，λ min向短波方向移动，且连续 谱强度也随之增加。 连续x射线谱只有在x射线的劳厄照相法中才用，在其 他方法中均用单色x射线作为光源，连续谱的存在只能造成不希 望有的背景，通常用滤波片或晶体单色器将其去除。
3
2、X 射线的发现
1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线过程中偶 然发现了X射线，因而获得首届诺贝尔物理学奖（1901年）。
图1 （a）Wilhelm Conrad Roentgen （b）透过X射线的手像
4
3、X射线衍射现象的发现
1912年，物理学家劳厄发现了晶体X射线衍射现象，证明了 X射线具有波动属性，获得诺贝尔物理学奖（1914年）。